Ni-Mo-P-Si3N4化学镀层的摩擦磨损性能研究

王亚欣，胡明建，李晨阳

Ni-Mo-P-Si3N4化学镀层的摩擦磨损性能研究

王亚欣，胡明建，李晨阳

（长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安710064）

Q215碳素钢表面上制备一层Ni-Mo-P-Si3N4复合镀层，在MS-T3000摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，记录平均摩擦系数，测试磨痕宽度，计算磨损率，研究该化学镀层的摩擦磨损性能。分析结果表明：载荷不变时，平均摩擦系数和磨损率均随滑动速度的增大而增大；滑动速度不变时，平均摩擦系数和磨损率均随载荷的增大而增大；载荷和滑动速度不变时，平均摩擦系数和磨损率随镀层中Si3N4的体积分数先增大后减小。

化学镀；Ni-Mo-P-Si3N4复合镀层；摩擦磨损性能

化学复合镀和纳米技术在各个领域均有应用前景，将纳米技术与化学复合镀结合是化学复合镀技术中的发展热点。尽管纳米化学复合镀是一种新技术，但有许多方面仍需进一步改善：化学镀液的稳定性差；纳米粒子的分散性差；目前已对金、银纳米复合镀镍体系[1，2]进行了相关研究，但仍然需要扩大金属纳米粒子的应用种类。目前解决镀液不稳定性问题的措施有两个。第一，可以添加适量稳定剂[3]。第二，可以采用合适的络合剂[4]。为得到良好的纳米复合镀层，纳米颗粒在镀层和镀液必须尽量均匀分散，在本实验中，我们采用超声波分散仪进行分散。

为了进一步提高化学镀镍、钼、磷合金镀层的硬度及耐磨性，本文使用悬浮性能更好的Si3N4纳米粒子。此次探索的目的在于利用化学镀的方法制备四种镀层，进行摩擦磨损实验，研究镀层的摩擦磨损性能。

1 实验方法

在材料为Q215普通碳素结构钢的四个试块上分别制备四种Ni-Mo-P-Si3N4复合镀层，在摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验，分别在不同载荷和不同滑动速度条件下测试试样的摩擦系数和磨损率。研究试块摩擦系数和磨损率的变化规律。

配制Ni-Mo-P-Si3N4镀液，优化方案如表1所示：

表1 Ni-Mo-P-Si3N4镀层中Si3N4用量优化

施镀过程中每隔10 min测量一次镀液温度和PH值，其目的在于及时调整它们以维持在规定的范围内。施镀结束后取出镀件，测量镀件镀后质量、长度、宽度、高度，并计算镀层厚度，表2为相关测量和计算结果。

表2 镀件镀后质量、长度、宽度、高度、镀层厚度

本实验的操作条件：温度80℃～85℃，PH 6.9-7.2.镀液的温度和PH是影响镀液稳定性和沉积速度的重要因素。在本试验中发现施镀温度83℃时效果较好。因此，控制好实验的操作条件是得到最佳镀层质量的关键。

本实验要求磨损四个磨痕，正反两面各有两个，1-4磨痕的实验条件如表3所示。

表3 实验条件

2 实验结果和分析

实验结果用Origin75软件进行了处理，得到了如图1、2所示的折线图。

图1 摩擦系数变化折线图

图2 磨损率变化折线图

由图1分析得到：当载荷不变时，摩擦系数随滑动速度的增大而增大；当滑动速度不变时，摩擦系数随载荷的增大而增大；当载荷和滑动速度均不变时，摩擦系数随镀层中Si3N4体积分数先增大后减小。

由图2分析得到：当载荷不变时，磨损率随滑动速度的增大而增大；当滑动速度不变时，磨损率随载荷的增大而增大；当载荷和滑动速度均不变时，磨损率随镀层Si3N4体积分数先增大后减小。

3 结论

当载荷不变时，摩擦系数和磨损率随滑动速度的增大而增大；当滑动速度不变时，摩擦系数和磨损率随载荷的增大而增大；当载荷和滑动速度均不变时，摩擦系数和随磨损率镀层中Si3N4体积分数先增大后减小。

[1]马洪芳，韩东升，原政军.金纳米粒子对镍-磷化学镀层耐磨损性能的影响[J].功能材料，2008，39（增刊）：402-405.

[2]马洪芳，许斌，郭强.Ni-P/Ag纳米复合镀层的耐磨损性能[J].材料保护2009，42（4）：24-26.

[3]卿华，江和甫.纤维增强金属基复合材料及其在航空发动机上的应用[J].燃气涡轮试验与研究，2001，14（1）：33-37.

[4]王为，李克锋.Ni-P基纳米化学复合镀研究现状[J].电镀与涂饰，2003，22（5）：35-36.

A Study on Friction and Wear Properties of Ni-Mo-P-Si3N4 Electroless Plating

WANG Ya-xin，HU Ming-jian，LI Chen-yang
（Key Laboratory of Road Construction Technology&Equipment of Chang’an University，MOE，Xi’an Shanxi 710064，China）

On Q215 carbon steel surface，we get the preparation of a layer of Ni-Mo-P-Si3N4 composite coating，In MS-T3000 friction and wear testing machine to carry on the friction and wear test，record the average friction coefficient，test grinding crack width and calculate wear rate，the friction and wear properties of the chemical plating was studied.The analysis results show that the load is constant，the average friction coefficient and wear rate increase with the increase of sliding velocity；Sliding speed is constant，the average friction coefficient and wear rate increase with the increase of load；At constant load and sliding speed，the average friction coefficient and wear rate increase with the volume fraction of coating of Si3N4 first then decrease.

chemical plating；Ni-Mo-P-Si3N4 composite coating；the friction and wear properties

TQ153.2

A

1672-545X（2017）07-0277-02

2017-04-01

王亚欣（1992-），女，河南济源人，硕士研究生，研究方向：结构动力学。