CN112779585A - 一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，其制备原料包括：基材选用黄铜片(Cu63%，Zn37%)，镀前作以下前处理：整平‑化学除油‑酸洗除锈‑超声波除油。本发明通过复合电沉积工艺在铅锡铜合金镀层中加入经过处理后的碳纳米管，用去离子水清洗至中性后添加一定量的分散剂，并在电沉积过程中施以磁力分散或超声波分散，制备出碳纳米管/铅锡铜合金复合减摩镀层。

Description

一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种滑动轴承材料，尤其涉及一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层材料及其制备方法。
背景技术
滑动轴承是现代机械设备中重要的零件之一，须具备各种优异的性能。对此，国外最新的研究主要集中在润滑方式改进、新型铝基滑动轴承合金的研发和陶瓷基滑动轴承的制造等方面。研制出性能完善的滑动轴承材料是当今材料科学领域的重要发展方向。铅锡铜合金是具有优良减摩性能的轴承合金材料，目前已经能够量产，但其减摩性能仍需进一步提高。
在轴瓦的内表面提供减摩层的目的是为了提高轴瓦的减摩性、耐磨性、耐蚀性、镶嵌性、顺应性、抗咬合性、抗疲劳强度、承载能力等，从而提高其工作性能，延长使用寿命，最终保证发动机的高性能运行。
多壁碳纳米管(MWNTs)以其优良的力学、电学性能以及纳米尺度效应、长径比高、密度低、比表面积大等特点，具有广泛的应用价值，将碳纳米管添加入到滑动轴承材料中，体现其优异的增强效果，降低摩擦因素，提高使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了改善铅锡铜滑动轴承材料的减摩性能和耐磨性能，设计了一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
碳纳米管/铅锡铜铜合金复合镀层的制备原料包括：基材选用黄铜片(Cu63%，Zn37%)，镀前作以下前处理：整平-化学除油-酸洗除锈-超声波除油。
工艺流程：在电镀碳纳米管/铅锡铜铜合金复合镀层前，一般在其内表面的基体上先电镀1～3μm厚的镍(Ni)栅阻挡层，继之电镀15～30μm厚的碳纳米管/铅锡铜(PbSnCu)复合合金减摩层，最后在表面上电镀1～2μm厚的锡(Sn)或铅锡(PbSn)合金防护层。
铅锡铜合金镀液中有关成分的含量及工艺参数：
Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入)：80～333g/L；
Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入)：5～33.3g/L；
Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入)：2～11g/L；
HBF4(游离)：40～300g/L；
H3BO3(游离)：15～40g/L；
稳定剂：2～12g/L；
添加剂：0.1～5g/L；
阴极电流密度(DK)：1～8A/dm2；
温度(T)：15～30℃；
时间(t)：15～35min；
镀层厚度(δ)：15～30μm；
阳极的组成：PbSn8～11。
将管径为60-100 nm的碳纳米管放入H2SO4：HNO3=1：1的浓混酸溶液中处理，过滤后用去离子水清洗至PH值为中性后，添加一定的分散剂，所用试剂均为分析纯。采用CQ-10型超声器震荡30min使碳纳米管充分分散后备用。
经混酸处理后碳纳米管表面杂质明显减少，缠绕程度大为减轻，基本呈开口状态，为其相互分散创造了条件。施镀过程中碳纳米管的加人量分别为0，1，2，3，4g/L，进行复合电沉积时并施以磁力搅拌分散或超声波分散，后得到碳纳米管/铅锡铜复合镀层。
碳纳米管/铅锡铜复合镀层的检测步骤为：用MPX-2000型盘销式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验。上环试样为碳纳米管/铅锡铜合金复合镀件，下环试样为45钢；转速为500r/min，转程为0-50000r，润滑油为10号机油；载荷为100-400N。采用S-3400N型扫描电镜观察经过摩擦磨损试验后上环的磨损表面SEM形貌。以HR-200型精密电子天平称取磨损试验前、后上环的质量，称量5次，取平均值。所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，在润滑状态下，100-400N载荷范围内碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层的摩擦因数都低于普通铅锡铜镀层，碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层的磨损量低于普通铅锡铜镀层的磨损量。碳纳米管的加入提高了镀层的减磨性和耐磨性。所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，在同一载荷下随着碳纳米管含量的增加，复合镀层的摩擦因数呈现先降低后升高的趋势，碳纳米管含量为2g/L时复合镀层的耐磨性能最好，此后继续增加碳纳米管含量，会出现团聚现象，影响其耐磨性；碳纳米管复合镀层的磨损量都小于普通铅锡铜镀层的磨损量，并且随着碳纳米管含量的增加，磨损量也出现先减小后增大的现象。
本发明的有益效果是：
通过复合电沉积工艺在铅锡铜合金镀层中加入经过处理后的碳纳米管，制备出碳纳米管/铅锡铜合金复合减摩镀层。当碳纳米管含量为2g/L时，摩擦因数出现最小值，减摩、耐磨性能最佳。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1
一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，制备原料包括：基材选用黄铜片(Cu63%，Zn37%)，
镀前作以下前处理：整平-化学除油-酸洗除锈-超声波除油。
镀液配方及工艺：Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入)：100g/L；Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入)：10g/L；Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入)：10g/L；HBF4(游离)：100g/L；H3BO3(游离)：20g/L；稳定剂：10g/L；添加剂：5g/L；阴极电流密度(DK)：3A/dm2；温度(T)：10℃；时间(t)：10min；镀层厚度(δ)：10μm；阳极的组成：PbSn8～11。将管径为60-100nm的碳纳米管放入H2SO4：HNO3=1：1的混酸溶液中，经酸处理后用去离子水洗至中性。采用CQ-10型超声器震荡30min使碳纳米管充分浸润后备用，所用试剂均为分析纯。
电沉积过程中用磁力搅拌机以恒定速度对镀液进行搅拌，电沉积完成后再用去离子水清洗试样，并用风筒吹干，得碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层备用。
实施例2
一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，制备原料包括：基材选用黄铜片(Cu63%，Zn37%)，
镀前作以下前处理：整平-化学除油-酸洗除锈-超声波除油。
镀液配方及工艺：Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入)：200g/L；Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入)：10g/L；Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入)：10g/L；HBF4(游离)：100g/L；H3BO3(游离)：20g/L；稳定剂：10g/L；添加剂：1g/L；阴极电流密度(DK)：2A/dm2；温度(T)：20℃；时间(t)：10min；镀层厚度(δ)：10μm；阳极的组成：PbSn8～11。将管径为60-100nm的碳纳米管放入H2SO4：HNO3=1：1的混浓酸溶液中，经酸处理后用去离子水洗至中性。采用CQ-10型超声器震荡30min使碳纳米管充分浸润后备用，所用试剂均为分析纯。
电沉积过程中施以超声波震荡分散，电沉积完成后再用去离子水清洗试样，并用风筒吹干，得碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层备用。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，制备原料包括：基材选用黄铜片(Cu63%，Zn37%)， 镀前作以下前处理：整平-化学除油-酸洗除锈-超声波除油，镀液配方及工艺：Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入)：80～333g/L；Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入)：5～33.3g/L；Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入)：2～11g/L；HBF4(游离)：40～300g/L；H3BO3(游离)：15～40g/L；稳定剂：2～12g/L；添加剂：0.1～5g/L；阴极电流密度(DK)：1～8A/dm2；温度(T)：15～30℃；时间(t)：15～35min；镀层厚度(δ)：15～30μm；阳极的组成：PbSn8～11，将管径为60-100nm的碳纳米管放入H2SO4：HNO3=1：1的混酸溶液中，经酸处理后用去离子水洗至中性，采用CQ-10型超声器震荡30min使碳纳米管充分浸润后备用，所用试剂均为分析纯。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，其特征是经混酸处理后碳纳米管表面杂质明显减少，缠绕程度大为减轻，基本呈开口状态，为其相互分散创造了条件，并加入一定量的分散剂后对镀液施以磁力搅拌分散或超声波分散。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，其特征是碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层的制备步骤为：电沉积过程中用磁力搅拌机或超声波震荡分散方式对镀液进行分散，电沉积完成后再用去离子水清洗试样，并用风筒吹干。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，其特征是碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层的检测步骤为：用MPX-2000型盘销式相对摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，上环试样的基材为黄铜镀件，下环试样的基材为45钢；转速为500r/min，转程为0-50000r，润滑油为10号机油；载荷为100-400N，采用S-3400N型扫描电镜观察经过摩擦磨损试验后上环的磨损表面SEM形貌，以HR-200型精密电子天平称取磨损试验前后上环的质量，称量5次，取平均值。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，其特征是在润滑状态下，100-400N载荷范围内碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层的摩擦因数都低于普通铅锡铜镀层，碳纳米管的加入提高了镀层的减磨性，所述的碳纳米管/铅锡铜合金复合镀层，在同一载荷下随着碳纳米管含量的增加，复合镀层的摩擦因数呈现先降低后升高的趋势，碳纳米管含量为2g/L时复合镀层的耐磨性能最好，此后继续增加碳纳米管含量，会出现团聚现象，影响其耐磨性；碳纳米管复合镀层的磨损量都小于普通铅锡铜镀层的磨损量，随着碳纳米管含量的增加，磨损量也出现先减小后增大的现象。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115418200A (zh) * 2022-09-02 2022-12-02 常州大学 一种高强度高导热低粗糙度石墨烯/铜复合材料及其制备方法

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