化學(xué)鍍液中微細(xì)顆粒的分散行為.pdf

1、添加潤(rùn)滑顆粒（如MoS2）或硬質(zhì)顆粒（如金剛石）的化學(xué)復(fù)合鍍層具有優(yōu)異的摩擦磨損性能，工業(yè)應(yīng)用前景廣闊。目前制備復(fù)合鍍層過(guò)程中普遍使用表面活性劑改善微細(xì)顆粒在化學(xué)鍍液中潤(rùn)濕性及分散特性，然而使用表面活性劑也存在負(fù)面作用，影響復(fù)合鍍層性能進(jìn)一步提升。針對(duì)這一問(wèn)題，本課題提出用顆粒表面包覆改性的方法解決顆粒潤(rùn)濕性及分散問(wèn)題，主要研究工作及成果：
　　1、采用非均勻形核法對(duì)金剛石和MoS2顆粒進(jìn)行表面包覆改性；利用掃描電鏡（SEM）、熱

2、重/差熱同步熱分析儀（TG/DSC）、x射線衍射儀（XRD）等手段對(duì)改性顆粒進(jìn)行表征；測(cè)試了顆粒改性前后在化學(xué)鍍液中zeta電位及懸浮穩(wěn)定性。結(jié)果表明：金剛石和MoS2顆粒表面均成功包覆了Al(OH)3層，包覆顆粒表面形貌明顯變化；包覆層及350℃煅燒產(chǎn)物均為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物為亞穩(wěn)態(tài)氧化鋁；改性金剛石和改性MoS2顆粒等電位點(diǎn)均遠(yuǎn)離了化學(xué)鍍液pH值（酸性鍍液pH約5.0），在該pH值范圍內(nèi)改性顆粒zeta電位大于未改性顆粒的，提高了改性

3、顆粒在化學(xué)鍍液中的懸浮液穩(wěn)定性。
　　2、基于Washburn方程采用薄板毛細(xì)滲透法測(cè)量了金剛石和MoS2顆粒改性前后對(duì)各種探針液體的接觸角，并利用YGGF方程計(jì)算顆粒改性前后的表面自由能及其分量；提出了一個(gè)判斷顆粒改性前后親水/疏水性變化的判據(jù)。結(jié)果表明：改性MoS2顆粒對(duì)水的接觸角由70.8°減小為55.2°，潤(rùn)濕性提高；改性金剛石接觸角由44°增大到48.5°，潤(rùn)濕性略下降；未改性MoS2表面能及其分量與有類似表面及結(jié)構(gòu)的T

4、alc表面能接近；而改性MoS2和改性金剛石表面能則與氧化鋁表面能一致；酸性分量與堿性分量之比作為一個(gè)新的判據(jù)均適用于兩種顆粒改性前后親水性變化的表征。
　　3、利用DLVO理論（和XDLVO理論）建立了化學(xué)鍍液中顆粒間相互作用模型；預(yù)測(cè)了金剛石和MoS2兩種顆粒改性前后在化學(xué)鍍液中的分散穩(wěn)定性；計(jì)算了顆粒改性前后相互作用力變化；以顆粒沉降實(shí)驗(yàn)及粒度分布演變驗(yàn)證了模型。結(jié)果表明：化學(xué)鍍液中顆粒間相互作用位能曲線特征可以很好地預(yù)測(cè)化

5、學(xué)鍍液分散體系的穩(wěn)定性?；瘜W(xué)鍍液及低稀釋比例鍍液中，顆粒作用位能曲線不存在勢(shì)壘，顆粒在任何間距均為引力作用，因此易團(tuán)聚而快速沉降；隨化學(xué)鍍液稀釋比例增大，位能曲線出現(xiàn)較大正勢(shì)壘，此時(shí)顆粒能保持單分散狀態(tài)，沉降速率慢而穩(wěn)定分散效果明顯，其中未改性金剛石穩(wěn)定懸浮至少稀釋100倍，未改性MoS2至少200倍。改性顆粒在化學(xué)鍍液及稀釋鍍液中都沒(méi)有大的正勢(shì)壘，不能穩(wěn)定懸浮；但在化學(xué)鍍液中，改性顆粒間總作用引力明顯小于未改性顆粒的，更易于實(shí)現(xiàn)顆粒的

6、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分散。
　　4、利用湍流理論和團(tuán)聚體強(qiáng)度理論建立了化學(xué)鍍槽中流體與顆粒間作用模型；分別采用團(tuán)聚體靜態(tài)結(jié)合強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度與不同湍流尺度區(qū)域流體應(yīng)力進(jìn)行比較，判斷團(tuán)聚體被流體破碎分散的可能性；并通過(guò)測(cè)量流場(chǎng)中顆粒粒度分布進(jìn)行模型驗(yàn)證。結(jié)果表明：團(tuán)聚體動(dòng)態(tài)結(jié)合強(qiáng)度模型可以很好地預(yù)測(cè)流場(chǎng)中顆粒團(tuán)聚體的分散狀態(tài)，與實(shí)際粒度分布特征相一致；化學(xué)鍍槽中流場(chǎng)中團(tuán)聚體穩(wěn)定性與原始顆粒粒徑，團(tuán)聚體直徑及攪拌強(qiáng)度都有關(guān)；相同條件下，改性顆粒

7、團(tuán)聚體比未改性顆粒團(tuán)聚體更易于破碎分散。
　　5、未使用表面活性劑制備了含改性顆粒Ni-P-MoS2/Al2O3化學(xué)復(fù)合鍍層，對(duì)鍍層組織形貌特征及摩擦磨損性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并與Ni-P-MoS2化學(xué)復(fù)合鍍層進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：含改性MoS2顆粒的復(fù)合鍍層的顯微硬度、摩擦系數(shù)及磨損量均與其表面形貌特征相關(guān)，而表面形貌特征取決于制備時(shí)的攪拌強(qiáng)度和顆粒包覆率，其中攪拌速率為700rpm，顆粒包覆率為7％時(shí)制備的鍍層表面組織致密，400℃