原位液体润滑金属基复合材料设计制备及复合沉积机理研究

Self-lubricant metal matrix composites have important applications in mechanical key parts of chemicalindustry,textile industry and aviation.Presently,metal matrix compsites containing oil are prepared by impregnating powder mintering moulding in lubricant oil.However,it is difficult to directly fabricate composites cotaining oil due to limitions of method and materials.This project creatively proposes the idea of in-situ liquid lubrication.Specifically,well-dispersed paraffin particles in solution by latex synthesis are mixed with electrolyte.Compositing fabrication of metal and paraffin particles(SSCF) is achieved by electrodeopostion.Metal and liquid paraffin by phase transformation due to frictional heating, give rise to synergic friction of solid and liquid(SFSL).The investigation aims to the stability of latex, controlling in particles' size,and electrochemistrical behavior of mixed solution. The work will mainly focus on the morphologies of paraffin particles in composite coating under different conditions, and calrify the co-depostion mechanism of soft paraffin and metal. Based on the above work,the tribological behavior of composite coatings will be measured.Phase transformation of paraffin and tribological mechanism during wear are investigated.The achievements will enrich the design and preparation method of materials, and the tribology theory.

自润滑金属基复合材料在化工、纺织及航空等领域机械关键部件中有重要的应用。目前制备含油金属基复合材料常采用粉末烧结预制多孔基体再行浸油复合，由于制备方法限制和两相材料特点，难以直接制备含油复合材料。本项目创新性地提出了'原位液体润滑'的设计思路。即利用乳液法控制合成石蜡润滑颗粒分散体系，与电镀液共混，采用电沉积实现金属与石蜡颗粒固-固复合制备。摩擦过程中第二相低熔点石蜡在摩擦热作用下发生固-液相变发挥石蜡液体和金属基体的协同摩擦作用，从而实现'固-固复合制备，固-液协同摩擦'的技术思路。主要研究石蜡乳液的粒径控制因素和稳定性，乳液与电镀液共混体系的电化学行为；重点研究不同制备条件下复合材料中石蜡颗粒的形貌特征，揭示软质石蜡颗粒与金属的共沉积机理；在此基础上评估其摩擦磨损性能，研究摩擦过程中石蜡固-液相变行为及相应的摩擦机理。该研究对丰富材料设计和制备方法、完善摩擦学理论具有重要的科学意义。

自润滑复合材料由于其优异的摩擦性能在工业领域得到了广泛的应用。本项目设计并电沉积制备了Ni/石蜡复合材料，利用石蜡熔点低的性质和摩擦生热的特点，实现了原位液态自润滑。以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为阳离子表面活性剂，将石蜡与CTAB水溶液的混合物加热至80℃后在机械搅拌和超声振荡的共同作用下自然冷却制备石蜡乳液。石蜡乳液中的石蜡颗粒平均在1μm左右，搅拌速度增加，石蜡颗粒变小。SEM图像表明乳液中石蜡颗粒呈球形。.将石蜡乳液引入到氨基磺酸镍镀液中，通过直流电沉积制备了Ni/石蜡复合材料。稀硝酸腐蚀后的表面SEM图像可以清楚地看到石蜡颗粒被成功地镶嵌到了Ni基体中。随着镀液中石蜡浓度的增加，复合材料中石蜡含量增加，在1.8g/L的浓度下石蜡复合量达到12.33 vol%。石蜡复合量随着电流密度的增加而减小。研究了搅拌方式对镀层表面质量的影响，相比磁力搅拌，机械搅拌能够更有效地使镀液流动均匀，镀层质量更好。镀液中加入糖精会使纯Ni镀层的择优取向由绝对的Ni（200）变成Ni（111），而且细化了晶粒，但含糖精的复合镀层择优取向又变回到Ni（200），晶粒比含糖精的Ni镀层大，但比不含糖精的Ni镀层小。随着石蜡复合量的增加，镀层的显微硬度逐渐降低。. 利用球盘摩擦磨损试验机对镀层的摩擦性能进行了研究。2.38 vol%镀层的摩擦性能和Ni镀层相似，摩擦系数很高，在0.7以上。5.85 vol%和7.12 vol%镀层的摩擦系数相比Ni镀层有所改善，但不明显。9.65 vol%镀层的摩擦系数显著降低，达到0.15左右。石蜡复合量增加后，镀层的磨损率增加。Ni镀层和5.85 vol%镀层的磨损机理主要是剥层磨损和氧化磨损，同时发生了从对磨件向镀层的物质转移。9.65 vol%镀层的磨损机理为为塑性涂抹。本项目还讨论了摩擦载荷与摩擦转速对镀层摩擦性能的影响。通过对该材料的性能研究表明，该自润滑复合材料具有显著低的摩擦系数，同时镍基也为镀层提供了较好地耐磨性能。. 该项目在自润滑材料的设计和制备方面开展了有益的探索，并为新型镀层的设计思路制备方法提供了借鉴，研究成果具有重要的科学意义和社会意义；受本项目资助发表论文总计6篇；申请国家发明专利2项;培养硕士生2名。