CN109989064B - 一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法 - Google Patents

一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法，首先，将高硅铝合金缸套试样浸泡在NaOH溶液中进行化学刻蚀；化学刻蚀结束后，取出缸套试样，进行超声清洗；然后配制5～15 g/L的NaMoO4•2H2O溶液和10～30 g/L的Na2S•9H2O溶液，将两种溶液混合作为反应溶液；将清洗完成后的缸套试样作为负极垂直浸泡在反应溶液中，通过电化学方法在其表面沉积获得MoS2涂层。本发明通过化学刻蚀和电化学沉积MoS2涂层的方法，在形成缸套表面凹凸形态的同时增加了一层固体润滑剂（MoS2涂层），这种复合结构可明显增强高硅铝合金缸套的润滑效果，提高高硅铝合金缸套的减摩性。

Description

一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及表面结构复合涂层材料制备领域，具体涉及一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法。
背景技术
汽车轻量化是汽车节能减排的一个重要途径。高硅铝合金缸套因其质量轻、导热性好等优点在中小功率发动机领域有着较好的应用前景。但其目前没有大范围在市场出现的原因之一在于摩擦性能还需进一步提高。高硅铝合金材料中含有18%以上的硅，硬质硅颗粒具有较强的耐磨性，提高了铝合金材料的摩擦磨损性能。可通过增加硅颗粒的含量或者细化硅颗粒以改善缸套的摩擦磨损性能。但是缸套在加工过程中铝覆盖在硅颗粒表面，增加了黏着磨损发生的概率，易引起拉缸，另外，硅颗粒未凸出表面时，摩擦初期润滑效果较差。表面化学刻蚀是解决以上问题的重要途径之一。
目前对于改善高硅铝合金缸套的摩擦性能的表面处理方法有表面珩磨、激光光整、化学刻蚀等。表面珩磨是在缸套表面加工具有一定角度的网状珩磨纹，以增加储油空间，提升润滑效果，但珩磨过程中会破坏表面硅颗粒，增加磨粒磨损的几率。激光光整是用激光在缸套表面进行轻微地烧蚀，熔化表面的一层铝，使硅颗粒凸出，凹下的区域可储油，但其设备较为昂贵，且操作人员需具备较强的专业技术能力。化学刻蚀的方法可使硅颗粒凸出表面承载，凹下的区域储油以增强润滑效果，成本低廉，不过其减摩效果还需提高。MoS2涂层是一种有效的固体润滑剂，具有明显的减摩效果，若直接镀在高硅铝合金表面上，摩擦过程中易被润滑油带走，使用寿命低。如果将化学刻蚀与MoS2涂层结合起来，将会提高涂层的使用寿命。化学刻蚀后的缸套表面硅颗粒凸出，凹下的区域不光可以储油，也可以储存摩擦后脱落的MoS2涂层。在摩擦过程中，首先消耗MoS2涂层，固体润滑剂具有明显的减摩效果，脱落的MoS2涂层颗粒被储存在凹下的区域，与润滑油共同提升润滑效果，以进一步改善高硅铝合金缸套的摩擦性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种操作工艺简单、成本较低的高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法，可使缸套表面呈现凹凸不平的形态，便于储油，且表面增加一层固体润滑剂，进一步增强润滑效果，所制备的这种复合结构减摩性好，特别适用于工业应用推广。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法，包括如下步骤：
S1、将一定质量的NaOH固体颗粒加入到去离子水中，获得NaOH溶液；
S2、待反应热消失后，将高硅铝合金缸套试样浸泡在所制备的NaOH溶液进行化学刻蚀，其中，化学刻蚀的温度为20～25℃，时间控制在2～3.5 min，高硅铝合金缸套表面硅颗粒凸出高度控制在1～3 μm；
S3、化学刻蚀结束后，取出高硅铝合金缸套试样，进行超声清洗15分钟；
S4、分别配制5～15 g/L的NaMoO4•2H2O溶液和10～30 g/L的Na2S•9H2O溶液，将两种溶液按照体积比为1：2的比例混合，并在混合过程中添加C2H2O4溶液直至反应溶液pH值为10，得反应溶液；
S4、将清洗完成后的缸套试样作为负极垂直浸泡在所述反应溶液中，通过电化学方法在其表面沉积获得MoS2涂层，其中，石墨板作为正极，正负极两者相距约2 cm，电流密度为20～40 mA/cm2，电沉积时间为1～2 min。
进一步地，所述步骤S1中，所述NaOH溶液的质量百分比为5%。
进一步地，MoS2涂层厚度可控，不可超过硅颗粒凸出高度。
本发明具有以下有益效果：
通过化学刻蚀和电化学沉积MoS2涂层的方法，在形成缸套表面凹凸形态的同时增加了一层固体润滑剂（MoS2涂层），这种复合结构可明显增强高硅铝合金缸套的润滑效果，提高高硅铝合金缸套的减摩性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
配制5%的NaOH溶液，将高硅铝合金缸套试样浸泡在NaOH溶液中进行化学刻蚀，化学刻蚀时间为2 min，取出试样后进行超声清洗。配制10 g/L的NaMoO4•2H2O溶液和20 g/L的Na2S•9H2O溶液,将其按照1：2的比例均匀混合作为电化学沉积MoS2涂层的反应溶液,在混合过程中添加C2H2O4溶液直至反应溶液pH值为10。将经过化学刻蚀后的缸套试样作为负极垂直浸泡在反应溶液中，石墨板作为正极，两者相距约2 cm。设置电流密度为30 mA/cm2，电沉积时间为2 min。经检测，硅颗粒凸出高度为1.3 μm, 涂层厚度为1 μm, 摩擦系数降幅为21%。
实施例2
配制5%的NaOH溶液，将高硅铝合金缸套试样浸泡在NaOH溶液中进行化学刻蚀，化学刻蚀时间为3 min，取出试样后进行超声清洗。配制15 g/L的NaMoO4•2H2O溶液和30 g/L的Na2S•9H2O溶液,将其按照1：2的比例均匀混合作为电化学沉积MoS2涂层的反应溶液,在混合过程中添加C2H2O4溶液直至反应溶液pH值为10。将经过化学刻蚀后的缸套试样作为负极垂直浸泡在反应溶液中，石墨板作为正极，两者相距约2 cm。设置电流密度为30 mA/cm2，电沉积时间为2.5 min。经检测，硅颗粒凸出高度为2.3 μm, 涂层厚度为1.8 μm, 摩擦系数降幅为26%。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种高硅铝合金缸套表面化学刻蚀复合MoS2涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
配制5%的NaOH溶液，将高硅铝合金缸套试样浸泡在NaOH溶液中进行化学刻蚀，化学刻蚀时间为3 min，取出试样后进行超声清洗；
配制15 g/L的NaMoO4•2H2O溶液和30 g/L的Na2S•9H2O溶液,将其按照1：2的比例均匀混合作为电化学沉积MoS2涂层的反应溶液,在混合过程中添加C2H2O4溶液直至反应溶液pH值为10；
将经过化学刻蚀后的缸套试样作为负极垂直浸泡在反应溶液中，石墨板作为正极，两者相距2 cm；设置电流密度为30 mA/cm2，电沉积时间为2.5 min；其中，硅颗粒凸出高度为2.3 μm, 涂层厚度为1.8 μm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107937955A (zh) * 2017-12-28 2018-04-20 山东大学 一种提高干摩擦条件下铝合金表面耐磨性的方法
CN108642541A (zh) * 2018-04-11 2018-10-12 哈尔滨工程大学 具有紫外吸收峰的钛掺杂二硫化钼薄膜的制备方法

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化学刻蚀高硅铝合金缸套的摩擦磨损性能;李承娣等;《中国表面工程》;20141231;第27卷(第6期);第104-109页 *

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