一种金属表面磨损自修复镀层制备方法和装置

摘要

一种金属表面磨损自修复镀层制备方法和装置属于材料表面工程技术领域。本发明采用超高频脉冲电镀方法，在金属零件表面获得铁及其合金与羟基硅酸镁等微矿物颗粒构成的复合镀层。该复合镀层表面在摩擦过程中，矿物颗粒材料粉碎并与摩擦面上的铁基金属产生置换反应，能持续生成致密的铁基硅酸盐金属陶瓷层并能部分或全部恢复磨损部位尺寸，在零件运行动态过程中完成磨损部位的自修复，显著延长零件的使用寿命。表面镀层磨损率较基体降低15％以上。同时，摩擦表面硬度和光洁度提高，摩擦系数大幅度降低。主要适用于金属磨损自修复领域。

主权项

一种金属表面磨损自修复镀层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步，制备微矿物粉体材料：采用机械球磨粉碎方法制备羟基硅酸镁颗粒，所述的羟基硅酸镁颗粒的直径为0.01～10μm，对其表面进行碱处理、酸处理和表面活性剂处理；第二步，配制复合电镀液：根据不同零件表面对电镀层基体材料的要求，用铁盐与羟基硅酸镁颗粒制成复合电镀液，其中，三种铁-羟基硅酸镁镀液的配方和工艺参数如下：表1铁-羟基硅酸镁镀液配方 成分和参数 配方1 配方2 配方3 氯化铁g/L 400 40 硫酸亚铁g/L 240 250 氯化钙g/L 300 氯化铵g/L 20 微矿物颗粒g/L 1～20 1～20 1～20 pH 1.2～1.8 2.8～3.5 3.5～5.5 T/℃ 15～70 15～70 15～70 Dk/A·dm-2 2～8 4～10 2～10第三步：制备磨损自修复镀层：该步操作在金属表面磨损自修复镀层的制备装置内进行，该装置由高频直流脉冲电镀电源(1)、电压表(2)、电流表(3)、机械搅拌器(4)、搅拌器转速控制箱(5)、电镀槽(6)、阳极(7)、阴极(8)、加热管(9)和加热恒温装置(10)构成；高频直流脉冲电镀电源(1)参数是120～30V、20kHz、能够周期换向；高频直流脉冲电镀电源(1)的正极经过电流表(3)与阳极(7)连接，阳极(7)是铁阳极，高频直流脉冲电镀电源(1)的负极与阴极(8)连接，阴极(8)是工件，高频直流脉冲电镀电源(1)的正负极间连接有电压表(2)，机械搅拌器(4)与搅拌器转速控制箱(5)连接，阳极(7)、阴极(8)和机械搅拌器(4)置于电镀槽(6)内，电镀槽(6)内的加热管(9)与加热恒温装置(10)连接；电镀的工艺流程为：零件表面打磨→除油→水洗→酸洗→水洗→周期换向活化→周期换向起镀→过渡镀→脉冲直流镀→水洗→中和→水洗→干燥；电镀工艺中采用周期换向方法提高镀层和基体的结合强度，活化正负换向时间比为：2～4∶5，持续时间为3～5min；起镀正负换向时间比为：4～6∶5，持续时间为5～10min；采用高频直流脉冲电镀方法降低镀层内应力并保持沉积颗粒材料均匀性，脉冲直流镀的频率为2～20kHz。