不銹鋼具有良好的耐腐蝕性、強韌性與易維護等特點,在航空航天、化工、冶金以及海洋等領域中應用廣泛。表面強化技術是一種應用表面工程技術對零件表面進行改性或者涂覆鍍層的技術,可以對不銹鋼表面進行強化,從而提高其摩擦學性能,延長其使用壽命。金屬鉻(Cr)具有硬度高和耐磨減摩性能好等特點。碳納米管(CNT)和石墨烯(graphene)具有機械強度高和潤滑性能好等特點,已成為表面強化中的典型納米添加材料。為了提高420不銹鋼的耐磨減摩性能,本課題開發(fā)了酸化多壁碳納米管(MWCNT)和氧化石墨烯(GOS)與六價Cr復合電鍍新工藝,并利用復合電鍍技術制備了Cr基碳納米材料復合鍍層,研究了它們的耐磨減摩性能。具體內容如下:1.分別采用改進的Hummers法和CNT酸化法制備GOS和酸化MWCNT,并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡、拉曼光譜和傅里葉變換紅外光譜對GOS和酸化MWCNT進行形貌和結構表征。結果表明,GOS和酸化MWCNT表面存在含氧官能團。然后將它們分別加入到電鍍溶液中,并采用超聲分散的方法分別制備出含有GOS與酸化MWCNT的復合電鍍溶液。最后通過復合電鍍技術將金屬Cr分別與不同濃度的GOS和酸化MWCNT在不同電鍍溫度與電流密度條件下進行共沉積,制備出MWCNT-Cr與GOS-Cr復合鍍層。2.利用SEM對MWCNT-Cr與GOS-Cr復合鍍層進行表征。結果表明,在復合鍍層表面可明顯觀察到酸化MWCNT或GOS,這說明金屬Cr與酸化MWCNT和GOS均實現(xiàn)了共沉積。3.對復合鍍層的硬度及耐磨減摩性能進行表征,研究了電流密度、電鍍溫度以及碳納米材料濃度對復合鍍層的硬度與耐磨減摩性能的影響。研究結果表明:(1)純Cr層、MWCNT-Cr與GOS-Cr復合鍍層的硬度隨著電流密度與碳納米材料濃度的提高而提高,隨著電鍍溫度的上升而降低,且復合鍍層的硬度均比純Cr層高;(2)純Cr層、MWCNT-Cr與GOS-Cr復合鍍層的摩擦系數(shù)隨著電流密度、電鍍溫度以及碳納米材料濃度的上升呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢,且復合鍍層的摩擦系數(shù)均比純Cr層低;(3)純Cr層、MWCNT-Cr與GOS-Cr復合鍍層的磨損量隨著電流密度與碳納米材料濃度的提高而下降,隨電鍍溫度的下降而降低,且復合鍍層的磨損量均比純Cr層低。總之,Cr基碳納米材料復合鍍層的硬度比純Cr層高,摩擦系數(shù)與磨損量比純Cr層低,表明由于酸化MWCNT與GOS具有的高機械強度與超潤滑性能,導致它們對復合鍍層起到了良好的強化作用。
【學位單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.4;TG142.71
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究課題的背景與意義
    1.2 不銹鋼表面強化技術
    1.3 復合電鍍技術
        1.3.1 復合電鍍技術的特點
        1.3.2 復合電鍍技術的研究現(xiàn)狀
    1.4 graphene 及 CNT 概述
        1.4.1 graphene 與 CNT 結構與性質
        1.4.2 graphene 與 CNT 在金屬強化中的應用
        1.4.3 基于復合電鍍的 CNT 與 graphene 在金屬強化中的應用
    1.5 研究目的與研究內容
        1.5.1 研究目的
        1.5.2 研究內容
第2章 Cr基碳納米材料復合鍍層的制備
    2.1 引言
    2.2 GOS 與酸化 MWCNT 的制備
        2.2.1 GOS的制備
        2.2.2 酸化MWCNT的制備
    2.3 鍍液的配制
        2.3.1 基礎鍍液的配制
        2.3.2 碳納米材料復合鍍液的制備
    2.4 電鍍裝置
    2.5 工藝過程
        2.5.1 鍍前預處理
        2.5.2 電鍍
        2.5.3 鍍后處理
    2.6 復合鍍層性能的表征
        2.6.1 復合鍍層形貌表征
        2.6.2 復合鍍層物相分析
        2.6.3 鍍層硬度表征
        2.6.4 鍍層摩擦學性能表征
    2.7 本章小結
第 3 章 MWCNT-Cr 復合鍍層摩擦學性能研究
    3.1 引言
    3.2 MWCNT-Cr 復合鍍層形貌分析
        3.2.1 宏觀表面形貌
        3.2.2 微觀表面形貌
    3.3 MWCNT-Cr 復合鍍層的相結構分析
    3.4 MWCNT-Cr 復合鍍層的硬度分析
        3.4.1 電流密度對 MWCNT-Cr 復合鍍層硬度的影響
        3.4.2 電鍍溫度對 MWCNT-Cr 復合鍍層硬度的影響
        3.4.3 酸化 MWCNT 濃度對 MWCNT-Cr 復合鍍層硬度的影響
    3.5 MWCNT-Cr 復合鍍層的摩擦學性能研究
        3.5.1 電流密度對 MWCNT-Cr 復合鍍層摩擦學性能的影響
        3.5.2 電鍍溫度對 MWCNT-Cr 復合鍍層摩擦學性能的影響
        3.5.3 酸化 MWCNT 濃度對 MWCNT-Cr 復合鍍層摩擦學性能的影響
    3.6 本章小結
第4章 GOS-Cr復合鍍層摩擦學性能研究
    4.1 引言
    4.2 GOS-Cr復合鍍層形貌分析
        4.2.1 宏觀形貌觀察
        4.2.2 微觀表面形貌
    4.3 GOS-Cr復合鍍層的相結構分析
    4.4 GOS-Cr復合鍍層的硬度分析
        4.4.1 電流密度對GOS-Cr復合鍍層硬度的影響
        4.4.2 電鍍溫度對GOS-Cr復合鍍層硬度的影響
        4.4.3 GOS 濃度對 GOS-Cr 復合鍍層硬度的影響
    4.5 GOS-Cr復合鍍層的摩擦學性能研究
        4.5.1 電流密度對GOS-Cr復合鍍層摩擦學性能的影響
        4.5.2 電鍍溫度對GOS-Cr復合鍍層摩擦學性能的影響
        4.5.3 GOS 濃度 GOS-Cr 復合鍍層摩擦學性能的影響
    4.6 graphene-Cr 復合鍍層
        4.6.1 graphene-Cr 復合鍍層的硬度
        4.6.2 graphene-Cr 復合鍍層的摩擦學性能
    4.7 本章小結
第5章 總結與展望
    5.1 總結
    5.2 展望
參考文獻
攻讀學位期間的研究成果
致謝

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 劉艷;;低碳鋼表面化學復合鍍層制備及性能研究[J];鑄造技術;2018年07期

2 曹宏偉;劉小琴;王超囡;彭成龍;孫初鋒;;金屬基納米復合材料不同復合鍍層研究綜述[J];山東化工;2018年12期

3 葉志國;何慶慶;劉磊;韓鈺;陳川;馬光;;溫度對電沉積純銀鍍層和純銀/銀石墨復合鍍層磨損性能和行為的影響[J];摩擦學學報;2017年02期

4 李士嘉;;復合鍍層的應用和發(fā)展[J];腐蝕與防護;1991年04期

5 馮筱珺;闞洪敏;魏曉冬;張寧;王曉陽;龍海波;;電沉積制備鎳基復合鍍層的研究進展[J];表面技術;2017年05期

6 黃華;陳永芳;;船用柴油機活塞桿表面微粒增強鎳基復合鍍層的制備及其性能分析[J];電鍍與環(huán)保;2017年03期

7 史政海;葛中巧;李欣玲;杜朝軍;楊艷菊;;電沉積Cu-Ni-Sn-Al_2O_3復合鍍層及其性能的研究[J];電鍍與環(huán)保;2017年05期

8 周汝起;;塑料模具的復合鍍層工藝及性能研究[J];科技創(chuàng)新與應用;2013年30期

9 趙國剛;;納米碳管化學復合鍍層組織、沉積機理及性能[J];黑龍江科技學院學報;2010年01期

10 金亞旭;華林;;硼酸鋁晶須增強鎳磷基化學復合鍍層的力學性能研究[J];材料研究與應用;2008年02期

相關博士學位論文 前10條

1 金亞旭;鈦酸鉀晶須增強鎳磷基化學復合鍍層的制備與性能研究[D];武漢理工大學;2008年

2 范云鷹;電沉積Zn-Fe-SiO_2復合鍍層工藝、機理及應用研究[D];昆明理工大學;2005年

3 常立民;脈沖電沉積（Ni-Co）/Al_2O_3復合鍍層及其性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2006年

4 張旻;電加工用Cu-ZrB_2復合鍍層的制備及其電加工性能研究[D];大連理工大學;2006年

5 張樹生;鎳磷復合鍍層換熱元件制備工藝研究及凝結試驗分析[D];山東大學;2006年

6 陳傳盛;有機小分子修飾碳納米管及復合鍍層的研究[D];湖南大學;2006年

7 郭超;碳納米管增強鎳基復合鍍層的性能及影響因素分析[D];北京化工大學;2007年

8 周惠敏;鎳鈦齒科車針新型復合鍍層的制備與性能研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

9 胡佳;鋁合金表面Ni-Co-P三元合金納米化學復合鍍層的制備與性能研究[D];重慶大學;2014年

10 張中泉;電沉積Ni-ZrC復合鍍層的織構及內應力研究[D];上海交通大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳波;不銹鋼表面強化及摩擦學性能研究[D];東華大學;2018年

2 李科;海洋沖刷腐蝕及生物污損環(huán)境下的鋅基復合鍍層的改性研究[D];中國科學院大學(中國科學院海洋研究所);2018年

3 梁智鵬;超聲輔助電沉積Ni-Co/ZrO_2復合鍍層的電化學及性能研究[D];遼寧科技大學;2018年

4 雷鈺;鋁合金表面Ni-SiC-MoS_2復合電鍍研究[D];長安大學;2018年

5 丁小龍;電刷鍍Ni-石墨烯復合鍍層的制備與性能研究[D];哈爾濱工程大學;2018年

6 沈岳軍;碳鋼表面Ni-P-納米TiO_2復合化學鍍工藝的研究[D];貴州大學;2018年

7 郭京浩;Ni-P基化學復合鍍層組織結構與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

8 汪川;旋轉交織噴射電沉積及Ni-CeO_2復合鍍層性能研究[D];南京航空航天大學;2018年

9 徐洋;固結磨料與游離磨料相結合的硬質合金球研磨基礎研究[D];南京航空航天大學;2018年

10 張翀翊;A356合金Ni-P-納米WC化學復合鍍層制備與性能研究[D];遼寧工程技術大學;2017年

本文編號：2836587