45鋼表面含Zn-Sn合金覆蓋的微納結(jié)構(gòu)制備工藝及性能研究.pdf

1、45鋼輪胎模具在使用過程中，受到橡膠粘附、腐蝕、高頻次摩擦等因素的影響，表面易粘附大量的橡膠，導(dǎo)致其組織、形貌受到不同程度的破壞而失效，需要對模具進(jìn)行不斷的拆卸、清洗，甚至更換，既縮短了輪胎模具的使用壽命，又增加了生產(chǎn)成本。因此，如何提高模具的抗粘附和失效性能具有重要的研究價值。
　　一般地，輪胎模具構(gòu)造復(fù)雜，體積較大，表面質(zhì)量要求嚴(yán)格，采用高性能材料制備，生產(chǎn)成本加大，使用范圍縮小。材料表面技術(shù)可滿足模具對于腐蝕，粘附，疲勞，耐

2、磨等方面的質(zhì)量要求，低成本、高效益地解決上述問題。因此，本文提出一種陽極氧化及電化學(xué)復(fù)合處理方法，通過控制時間、電壓、溫度、氧化劑等相關(guān)工藝參數(shù)，在45鋼表面制備含Zn-Sn合金覆蓋層的多尺度微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究該結(jié)構(gòu)在橡膠硫化過程中的抗粘附污染效果及抗腐蝕失效能力。論文的主要研究內(nèi)容如下:
　　1.采用定電壓陽極氧化法，試驗(yàn)電壓為40V，電解質(zhì)溶液配比為240ml(CH2OH)2+10ml H2O+0.3wt％NH4F，溫度為2

3、0℃，時間為10min，45鋼表層可獲得隨機(jī)均勻分布的，近似圓形的納米小孔結(jié)構(gòu)，尺寸為20～150nm，深度為1～5μm。研究相關(guān)工藝參數(shù)發(fā)現(xiàn):電壓增大，時間延長，溫度降低，去離子水增多，表面微納米結(jié)構(gòu)形成減少，形狀不規(guī)則，分布不均勻;增加NH4+的濃度，納米結(jié)構(gòu)沒有明顯變化;F-離子增多，孔結(jié)構(gòu)數(shù)量減少，尺寸增大;添加氧化劑，可生成珊瑚狀孔結(jié)構(gòu);加入擴(kuò)孔離子，則形成單個的管狀結(jié)構(gòu)。
　　2.利用電化學(xué)沉積法，以焦磷酸鋅和硫酸亞錫

4、為電解質(zhì)體系，在45鋼微納米結(jié)構(gòu)表層沉積Zn-Sn合金，可獲得含覆蓋層的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，其尺寸為20～50nm，深度為1～3μm。
　　3.通過熱處理、時效、摩擦磨損、抗熱震性試驗(yàn)，分析了含Zn-Sn合金覆蓋層的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能。結(jié)果表明:復(fù)合結(jié)構(gòu)結(jié)合性能較好，經(jīng)過退火、時效處理后附著力進(jìn)一步提高，磨損量較小。
　　4.平板硫化實(shí)驗(yàn):模擬橡膠輪胎的硫化過程，比較原始試樣、陽極氧化試樣、沉積試樣的硫化粘附、表面腐蝕失效情況