脈沖電沉積Cu-Sn-石墨-Cu-Sn-石墨-Al2O3復合鍍層及其性能研究.pdf

1、低錫銅錫合金具有拋光性好、孔隙率低、耐蝕性好的優(yōu)點，因此在電沉積耐磨減摩復合鍍層中常被用作基質金屬。銅錫基石墨復合鍍層是優(yōu)良的自潤滑材料，其制備方法通常是將石墨以粉末形式加入到鍍液中進行電沉積。本文將石墨以溶膠形式加入到鍍液中進行脈沖電沉積，不僅得到了納米級別的石墨微粒，更是克服了石墨粉末存在的潤濕性差、分散難等缺點，并對Cu-Sn-石墨復合鍍層的沉積機理、沉積速率、組織成分、表面形貌、顯微硬度、耐腐蝕性、摩擦學性能及磨損機理進行了研究

2、分析，以得到耐磨減摩性能優(yōu)異的復合鍍層。
　　本文首先通過電解石墨板的方法獲得石墨溶膠，由透射電鏡（TEM）測試分析后得出，溶膠粒徑大小主要集中在10~20nm之間，微粒在溶膠和鍍液中分散均勻，無明顯團聚現(xiàn)象。將石墨以溶膠形式加入到焦磷酸鹽-錫酸鹽鍍液中，并采用脈沖電沉積方法制備Cu-Sn-石墨復合鍍層。分析SEM電鏡圖和EDS能譜可知，石墨溶膠的加入提高了Cu-Sn合金鍍層表面質量，可得到表面平整、致密性好、無明顯針孔和麻點的鍍

3、層，同時其含碳量可達5.22％。顯微硬度研究結果表明石墨溶膠復合鍍層的硬度值要低于Cu-Sn合金，當溶膠添加量為110mL/L，電流密度為2.0A/dm2時，鍍層的硬度值可達352.85HV。復合鍍層的最小腐蝕電流密度為1.675×10-5A·cm-2。同時實驗制備了Cu-Sn-石墨粉末復合鍍層，并對其性能進行分析。研究結果表明石墨粉末復合鍍層表面質量較差，多數(shù)試樣表面均有凸起現(xiàn)象。復合鍍層的顯微硬度最大值為328.87HV，最小腐蝕電

4、流密度為1.782×10-5A·cm-2。相比于石墨粉末復合鍍層，石墨溶膠復合鍍層具有更為優(yōu)良的表面質量、顯微硬度和耐蝕性。
　　為了進一步提高Cu-Sn-石墨復合鍍層的顯微硬度和耐磨性，實驗將Al2O3溶膠加入到鍍液中，采用脈沖電沉積方法制備了Cu-Sn-石墨-Al2O3復合鍍層。文中通過有機鹽水解法獲得 Al2O3溶膠，由激光粒度儀測得溶膠粒徑大小均值約為19nm，且分散均勻，易存放，穩(wěn)定性好。TEM電鏡圖分析可知，Al2O3

5、溶膠和石墨溶膠在鍍液中能較好的共存，無明顯團聚產(chǎn)生。SEM和EDS能譜分析表明，納米Al2O3微粒的加入提高了復合鍍層致密性，當添加量為40mL/L時，其鍍層中Al元素的含量可達0.85%。納米Al2O3微粒的自身物理特性和彌散強化作用，使得石墨復合鍍層的顯微硬度和耐蝕性得到了明顯的提高，復合鍍層的最大硬度值為456.15HV，其最小腐蝕電流密度為0.836×10-5A·cm-2。
　　Cu-Sn-石墨復合鍍層和Cu-Sn-石墨-

6、Al2O3復合鍍層的摩擦學性能研究結果表明，石墨的加入明顯降低了Cu-Sn合金的摩擦系數(shù)，在1N的壓力下進行點接觸干摩擦，其摩擦系數(shù)可達到0.1，但由于其顯微硬度較低，所以耐磨性需要強化。分析SEM電鏡圖可知，石墨復合鍍層的磨損機理主要為磨粒磨損，并有輕微的粘著磨損。加入Al2O3溶膠后，在對摩擦系數(shù)影響不大的前提下，明顯提高了鍍層的耐磨性，復合鍍層的耐磨減摩綜合性能更為優(yōu)異。Cu-Sn-石墨-Al2O3復合鍍層的磨損機理為磨粒磨損和粘