TiO2溶胶对电沉积PTFE自润滑复合镀层性能影响的研究

Considering the running condition and failure mechanism of bearing in the marine propulsion,the Cu-Sn-PTFE self-lubricating composite coating strengthened by TiO2 is prepared by electrodeposition. In order to solve the question that the easily agglomerated nanophase materials can hardly disperse well in the electrolyte,the nanophase TiO2 is added in the form of sol. The sol TiO2 can not only strengthen PTFE, but also be embed in the deposited metal crystals and suppress their growth. As a result, the more homogeneous and fine microstructure can be obtained, and the coating's hardness and antiwear property will be improved. That is to say, the adding TiO2 sol can greatly improved the Cu-Sn-PTFE self-lubricating coating'strength and wearing resistance. In the subject, the PTFE self-lubricating composite coating is prepared by the technology of combining sol-gel and electrodeposition.The sol component, deposition process and solution ingredient and their effect on the grain size, microstructure and tribological property are studied in detail.Simultaneously, the tribological property is improved by controling the microstructrue of the deposited coating. It is of great singificance to improve the life of marine sliding friction pairs and explore the new mehtod for preparing high performance nano coating.

在对船舶推进装置轴承的运行工况、失效机理分析的基础上，采用电沉积方法在金属基体表面制备TiO2纳米粒子强化的Cu-Sn-PTFE自润滑超细晶复合镀层。 实验中纳米TiO2以溶胶的方式加入电解液，克服纳米粒子在镀液中分散不均、容易团聚的问题。同时利用溶胶中TiO2的纳米小尺寸和高表面能效应，一方面强化润滑镀层，另外纳米TiO2嵌入沉积金属晶体本身，抑制沉积金属的生长，产生一个更均匀、细小的微观组织结构，提高镀层的硬度和耐磨性，解决电沉积Cu-Sn-PTFE自润滑复合镀层强度低、耐磨性差的问题。 课题将溶胶-凝胶技术和传统电沉积方法相结合制备自润滑复合镀层，深入研究溶胶成分、镀覆工艺、镀液组成等对镀层晶粒大小、微观组织结构和摩擦学性能的影响，同时通过对镀层微观组织结构的控制，达到提高摩擦学性能的目的。这对于提高船舶滑动摩擦副的寿命、探索高性能纳米晶镀层的新型制备途径具有重要的理论和实际意义。

在对船舶推进装置滑动轴承的运行工况、失效机理分析的基础上，采用电沉积方法在钢基体表面制备多项共沉积的自润滑复合镀层。项目首先对合金共沉积的基础理论进行了分析，制备了分散均匀的PTFE乳液，对Cu-Sn合金基质镀层及Cu-Sn-PTFE镀层的制备工艺及性能进行了优化。然后采用合适的方法获得了分散均匀的TiO2纳米级溶胶，将其添加到Cu-Sn及Cu-Sn-PTFE镀液中，制备了Cu-Sn-TiO2和Cu-Sn-TiO2-PTFE复合镀层。. 实验中纳米TiO2以溶胶的方式加入电解液，通过选择合适的表面活性剂和添加工艺，获得了一个多相共存、分散均匀的Cu-Sn-PTFE-TiO2电解液，克服了纳米粒子在镀液中分散不均、容易团聚的问题。 同时利用溶胶中TiO2的纳米小尺寸和高表面能效应，嵌入沉积金属晶体本身，抑制沉积金属的生长，制备获得了组织均匀致密、晶粒明显细化的复合镀层。. 对Cu-Sn、Cu-Sn-PTFE、Cu-Sn-TiO2、Cu-Sn-PTFE-TiO2各种镀层各项性能的分析测试表明， PTFE颗粒的加入减小了Cu-Sn镀层的硬度值，而TiO2纳米颗粒的加入则增加了Cu-Sn镀层的硬度。Cu-Sn-PTFE-TiO2复合镀层的硬度高于Cu-Sn和Cu-Sn-PTFE镀层，其耐腐蚀性能在四种镀层中也最优。. 对摩擦学性能的分析表明，各镀层主要发生了不同程度的黏着磨损和磨粒磨损，PTFE颗粒的加入能够在摩擦副表面形成一层固体润滑薄膜，降低了镀层的摩擦系数，TiO2颗粒的加入在提高镀层硬度的同时，提高了镀层的耐磨性和承载能力，降低了镀层的磨损率，二者的协同作用使Cu-Sn-PTFE-TiO2镀层表现出了非常优异的耐磨减摩性能，解决了电沉积Cu-Sn-PTFE自润滑复合镀层强度低、耐磨性差的问题。项目的研究成果对于提高船舶滑动摩擦副的寿命、探索高性能纳米晶镀层的新型制备技术途径具有重要的理论和实际意义。