（遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 石油化工過程腐蝕與防護(hù)技術(shù)中心，遼寧 撫順113001）

0 前言

在傳統(tǒng)機(jī)械加工行業(yè)中，為了獲得高硬度、高耐磨性的鍍層，通常使用含六價(jià)鉻的鍍液。但鍍鉻過程中排放的廢水、廢氣、廢渣中含有有毒的六價(jià)鉻，對(duì)環(huán)境造成巨大的危害[1]。Ni-W合金鍍層作為代鉻鍍層越來(lái)越受到人們的關(guān)注[2-4]。本文采用脈沖電沉積方法在45#鋼表面制備了Ni-W合金鍍層，并研究了電流密度對(duì)鍍層摩擦磨損性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 脈沖電沉積Ni-W合金鍍層

采用厚度為10 mm的45#鋼作為基體材料。前處理工藝流程為：基體的工作面積為10 mm×10 mm，非工作部位用硅膠封樣。

參考文獻(xiàn)[5]后，確定鍍液組成為：NiSO4·6 H2O 26.3 g/L，Na2WO4·6H2O 98.7 g/L，Na3C6H5O7·2 H2O 85.0 g/L，NH4Cl26.7 g/L，NaBr 20.4 g/L。

采用MD-30A型多功能脈沖電鍍電源恒電位儀作為電源，陰極為20R，陽(yáng)極為石墨。以NiSO4·6H2O和Na2WO4·6H2O為主鹽，以 NH4Cl和Na3C6H5O7·2H2O為配位劑，用NaBr增強(qiáng)溶液的導(dǎo)電性。用稀H2SO4或氨水調(diào)節(jié)鍍液的pH值。各條件下的沉積時(shí)間均設(shè)定為60 min。電鍍過程中，用CIJ-60型智能磁力攪拌器攪拌鍍液。實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。采用高精度天平稱取試劑，用去離子水配制溶液，并用磁力攪拌使之充分溶解。溶液配制好后，靜置24 h，待用。

1.2 測(cè)試方法

在MM-W1 B型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)。上試樣為高速鋼，下試樣為Ni-W合金鍍層。室溫下干摩擦載荷為10 N，潤(rùn)滑摩擦載荷為50 N，潤(rùn)滑油選用60號(hào)機(jī)油，試驗(yàn)時(shí)間為2 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 工藝參數(shù)的設(shè)定

設(shè)定鍍液溫度為65℃，鍍液pH值為6.5。pH值過小，析氫反應(yīng)劇烈，鍍層容易產(chǎn)生裂紋；pH值過大，試樣邊緣易“燒焦”。最佳的峰值電流密度為10～15 A/dm2。當(dāng)峰值電流密度低于10 A/dm2時(shí)，鍍層較薄且不利于W的沉積；當(dāng)峰值電流密度高于15 A/dm2時(shí)，析氫反應(yīng)劇烈，鍍層出現(xiàn)微小裂紋。占空比為50%，使高電位維持在半個(gè)周期。脈沖頻率設(shè)定為5000 Hz。當(dāng)脈沖頻率較小時(shí)，電極表面的金屬消耗得不到補(bǔ)充，放電離子在電極表面的濃度低，以至于還原的離子少，鍍層不易增厚；當(dāng)脈沖頻率大于5000 Hz時(shí)，大部分能量都消耗在充放電上，有效脈沖電流變小，鍍層難以增厚。

2.2 鍍層的干摩擦磨損性能

圖1為干摩擦條件下Ni-W合金鍍層與基體的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，載荷為10 N，轉(zhuǎn)速為150 r/min。由圖1可知：在摩擦的初始階段，每個(gè)試樣的摩擦因數(shù)都迅速上升。這主要是因?yàn)樵嚇颖砻嫖⑼黄鹚鸬恼w宏觀應(yīng)力場(chǎng)變成了分散應(yīng)力場(chǎng)。隨著摩擦過程的進(jìn)行，摩擦接觸面上的微突起發(fā)生塑性變形，試樣表面逐漸變得光滑，摩擦因數(shù)趨于穩(wěn)定。由于拋光作用，基體表面光滑，摩擦因數(shù)較?。?.11）。電流密度較小的Ni-W合金鍍層表面光滑，摩擦因數(shù)較小。當(dāng)電流密度增至15 A/dm2時(shí)，由于析氫作用加劇，導(dǎo)致鍍層表面粗糙，摩擦因數(shù)達(dá)到0.26。

圖1 干摩擦條件下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

圖2為干摩擦2 h后Ni-W合金鍍層與基體的磨損量。由圖2可知：基體的磨損量為8.4 mg；而電流密度為15 A/dm2時(shí)制備的Ni-W合金鍍層的磨損量為1.2 mg，與基體的磨損量相比減小了85.7%。這說明Ni-W合金鍍層具有較高的抗塑性變形能力，能夠提高基體的摩擦磨損性能。

2.3 鍍層的油潤(rùn)滑摩擦磨損性能

圖2 干摩擦2 h后的磨損量

圖3為油潤(rùn)滑摩擦條件下Ni-W合金鍍層與基體的摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化曲線，載荷為50 N，轉(zhuǎn)速為150 r/min。由圖3可知：Ni-W合金鍍層的摩擦因數(shù)均小于基體的摩擦因數(shù)，說明Ni-W合金鍍層的潤(rùn)滑性能比基體的潤(rùn)滑性能好。其中，當(dāng)電流密度為5 A/dm2時(shí)制備的Ni-W合金鍍層的摩擦因數(shù)最低（為0.12）。這是由于Ni-W合金鍍層具有較大的內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)電流密度過大時(shí)鍍層存在微小裂紋。這些裂紋可以起到儲(chǔ)存潤(rùn)滑油的效果，大大減小了摩擦因數(shù)。

圖3 油潤(rùn)滑摩擦條件下摩擦因數(shù)隨時(shí)間的變化曲線

圖4為油潤(rùn)滑摩擦2 h后Ni-W合金鍍層與基體的磨損量。由圖4可知：基體的磨損量為33.4 mg，并且在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行1.5 h后摩擦因數(shù)突然增大，產(chǎn)生“膠合”；而電流密度為15 A/dm2時(shí)制備的Ni-W合金鍍層的磨損量為2.8 mg，與基體的磨損量相比減小了91.6%。這說明在油潤(rùn)滑條件下Ni-W合金鍍層具有優(yōu)異的摩擦磨損性能。

圖4 油潤(rùn)滑摩擦2 h后的磨損量

3 結(jié)論

（1）Ni-W合金鍍層具有較好的摩擦磨損性能。在干摩擦條件下，隨著電流密度的增大，析氫變得嚴(yán)重，鍍層的摩擦因數(shù)逐漸增大，但磨損量逐漸下降，磨損較基體減少了85.7%。

（2）在油潤(rùn)滑摩擦條件下，Ni-W合金鍍層的摩擦因數(shù)隨電流密度的增大變化平穩(wěn)，磨損量逐漸降低，磨損較基體減少了91.6%。