一種碳化硼摩擦墊片及其化學(xué)鍍和超聲波結(jié)合的制法
【專利摘要】一種化學(xué)鍍和超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法，包括：配置含碳化硼的化學(xué)鍍液，通過溫控加熱裝置對(duì)該鍍液加溫并使保持恒溫，放入彈簧鋼墊片，同時(shí)施加間歇式超聲波，將鎳磷合金和碳化硼共沉積于彈簧鋼墊片的表面，形成Ni-P—B4C復(fù)合鍍層；鍍后墊片在200-400℃溫度下熱處理。其B4C顆粒均勻鑲嵌在該Ni-P—B4C復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。這種復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)在預(yù)定的載荷下，碳化硼顆粒刺入所接觸的工作面，提高了與工件之間表面嚙合程度，增加機(jī)械連接件之間的結(jié)合力及連接強(qiáng)度，從而提升力和力矩的傳輸能力，降低構(gòu)件的尺寸和重量，提高應(yīng)用安全系數(shù)，并達(dá)到降低成本和減少能量損耗的目的，符合國家節(jié)能減排的要求。
【專利說明】一種碳化硼摩擦墊片及其化學(xué)鍍和超聲波結(jié)合的制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳化硼摩擦墊片的制備技術(shù)，具體為一種化學(xué)鍍和間歇式超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法，以及該方法獲得的碳化硼摩擦墊片。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車、機(jī)械行業(yè)日益追求低成本、低能耗、輕量化和高安全性的今天，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件之間的高強(qiáng)度連接和高功率輸出具有現(xiàn)實(shí)意義，需要引入新的材料和設(shè)計(jì)方案使構(gòu)件具有緊湊設(shè)計(jì)和高功率密度，并且可以減輕重量，減小尺寸，提高性能，降低成本，以及擁有更高的安全系數(shù)，抗磨損，不受油膜的影響等特點(diǎn)。
[0003]目前，還沒有關(guān)于“化學(xué)鍍和間歇式超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法”的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的之一是提供一種可以提高摩擦系數(shù)和具有微觀鎖定功能的摩擦墊片，從而可以在保證連接強(qiáng)度和高功率密度的前提下減輕零件的尺寸和重量，提高安全系數(shù)和抗磨損性能，并且不受油膜的影響；目的之二是提供一種化學(xué)鍍和間歇式超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法，該方法工藝簡單，成本較低，操作方便，綠色環(huán)保，對(duì)環(huán)境友好無污染。
[0005]一種化學(xué)鍍和超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法，包括以下步驟:
將微米級(jí)碳化硼粉加入鎳磷化學(xué)鍍液中分散均勻形成含碳化硼的化學(xué)鍍液，通過溫控加熱裝置對(duì)該含 碳化硼的化學(xué)鍍液加溫并使保持80-90°C恒溫，放入彈簧鋼墊片，同時(shí)通過超聲波清洗儀施加間歇式超聲波，對(duì)彈簧鋼墊片施鍍30 - 60min，使鎳磷合金和微米級(jí)碳化硼粉共沉積于彈簧鋼墊片的表面，形成N1-P — B4C復(fù)合鍍層；其中，所述含碳化硼的化學(xué)鍍液的PH值為4.5-5.0，其組分包含硫酸鎳22-25g/L、次亞磷酸鈉24_27g/L以及微米級(jí)碳化硼粉 6-12g/L ；
取出鍍后的彈簧鋼墊片，清洗吹干，在200-400°C溫度下進(jìn)行0.5-2小時(shí)熱處理。
[0006]其中，所述間歇式超聲波的頻率為20-50 kHz,間歇時(shí)間為8_15s。
[0007]所述N1-P-B4C復(fù)合鍍層厚度為13-17微米。
[0008]在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層中，N1-P (鎳磷合金)和B4C (碳化硼)顆粒的質(zhì)量比為10:0.5~2。
[0009]在所述N1-P—B4C復(fù)合鍍層中，B4C顆粒均勻鑲嵌在該復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。
[0010]在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層表面上，所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為所述N1-P-B4C復(fù)合鍍層表面積的15%~30%。
[0011]所述碳化硼粉的平均粒徑為25微米。所述彈簧鋼墊片可以采用彈簧鋼帶制成。
[0012]所述含碳化硼的化學(xué)鍍液可以采用現(xiàn)有的多種鎳磷化學(xué)鍍液配置。優(yōu)選實(shí)施中，所述含碳化硼的化學(xué)鍍液各組分含量為:硫酸鎳22-25g/L、次亞磷酸鈉24-27g/L、丙酸2.2-2.5mg/L、乳酸30_33mg/L、氟化鈉0.5-0.8g/L以及微米級(jí)碳化硼粉6_12g/L。
[0013]通過上述方法制備的一種碳化硼摩擦墊片，包括彈簧鋼墊片，該彈簧鋼墊片的表面具有N1-P — B4C復(fù)合鍍層；在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層中，B4C顆粒均勻鑲嵌在該復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。
[0014]其中，所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層厚度為13-17微米。
[0015]在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層表面上，所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為所述N1-P-B4C復(fù)合鍍層表面積的15%~30%。
[0016]在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層中，N1-P合金和B4C顆粒的質(zhì)量比最好為10:0.5~2。
[0017]本發(fā)明將化學(xué)鍍和間歇式超聲波結(jié)合一步復(fù)合鍍形成碳化硼摩擦墊片，相對(duì)于多步法而言，復(fù)合鍍層沿厚度方向呈現(xiàn)連續(xù)均質(zhì)特性，提高了鍍層強(qiáng)度、硬度以及耐磨性和耐蝕性。
[0018]化學(xué)鍍無污染，不含重金屬，廢液處理方便，利于環(huán)境保護(hù)?；瘜W(xué)鍍不受工件形狀的影響，工件各部位鍍層均勻致密，厚度誤差小，硬度高。
[0019]化學(xué)鍍過程中引入超聲波，超聲波的“空化效應(yīng)”可以增加工件表面的活化點(diǎn)并加快氣體從工件表面脫離，使鍍層更加致密均勻，減少針孔和麻點(diǎn)以及加快反應(yīng)速度。
[0020]間歇式超聲波可以使碳化硼顆粒在溶液中均勻分散和懸浮，又能減少顆粒間相互沖撞摩擦的幾率，提高碳化硼顆粒在基體表面的沉積效率。這樣做的好處是可以避免因溶液中添加過多碳化硼顆粒引起鍍液分解，又能在表面獲得高的碳化硼顆粒的沉積率。
[0021 ] 在本發(fā)明碳化硼摩擦墊片的N1-P—B4C復(fù)合鍍層中，其B4C顆粒均勻鑲嵌在該復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。與傳統(tǒng)彈`簧墊片比較，本發(fā)明的碳化硼摩擦墊片具有更高的摩擦系數(shù)和最大靜摩擦力，可以提升力與力矩的傳輸，提高實(shí)際應(yīng)用中的安全性；減小螺釘連接所需要的尺寸；減少緊固件的數(shù)量和零件的體積及重量；降低成本和能量損耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明采用的碳化硼顆粒的掃描電鏡形貌；
圖2、圖3是碳化硼摩擦墊片表面掃描電鏡形貌；
圖4、圖5是安裝拆卸后配合面圖貌；
圖6是碳化硼摩擦墊片的N1-P — B4C復(fù)合鍍層中鎳磷(N1-P)合金的EDS分析。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明。
[0024]本發(fā)明碳化硼摩擦墊片制備方法，以結(jié)合間歇式超聲波的一步復(fù)合化學(xué)鍍方式來實(shí)現(xiàn)。該方法包括如下步驟:
按比例取硫酸鎳23g/L、次亞磷酸鈉25g/L、丙酸2.3mg/L、乳酸32mg/L以及氟化鈉
0.6g/L放入三口燒瓶中配置鎳磷化學(xué)鍍液。
[0025]將預(yù)先處理好的碳化硼粉按8g/L量加入上述鎳磷化學(xué)鍍?nèi)芤褐袛嚢?，分散均勻形成含碳化硼的化學(xué)鍍液，PH值為4.8 ;將含碳化硼的化學(xué)鍍液(包括該三口燒瓶)置于超聲波清洗儀中；然后，通過溫控加熱裝置加溫至85°C保持恒溫，將預(yù)處理好的彈簧鋼墊片放入該鍍液中，同時(shí)施加頻率為35KHz、間歇時(shí)間為IOs的間歇式超聲波，對(duì)彈簧鋼墊片施鍍45min，使鎳磷合金和微米級(jí)碳化硼粉共沉積于彈簧鋼墊片的表面，形成N1-P — B4C復(fù)合鍍層；
然后，取出鍍后的彈簧鋼墊片，清洗吹干，放入馬弗爐在300°C溫度下熱處理1.5小時(shí)，獲得碳化硼摩擦墊片，如圖2和圖3所示。
[0026]上述制備方法中，碳化硼粉采用平均粒徑為25微米的顆粒物料，它是預(yù)先經(jīng)過如下處理獲得的，即碳化硼粉經(jīng)過鹽酸浸泡除雜、超聲清洗和分散，再采用馬弗爐焙燒得到顆粒均勻、表面潔凈的碳化硼顆粒，如圖1所示。
[0027]彈簧鋼墊片采用彈簧鋼帶制成。彈簧鋼墊片鍍前需進(jìn)行除油和活化，使表面清潔無污斑，用水膜法進(jìn)行測試，直到水膜連續(xù)無斷裂為止。
[0028]調(diào)節(jié)施鍍時(shí)間可以將N1-P — B4C復(fù)合鍍層厚度控制為13-17微米。
[0029]調(diào)節(jié)上述含碳化硼的化學(xué)鍍液中碳化硼含量，可以使N1-P — B4C復(fù)合鍍層中N1-P合金和B4C顆粒的質(zhì)量比為10:0.5~2。
[0030]超聲波清洗儀配備可調(diào)節(jié)間歇式電源。批量生產(chǎn)時(shí)采用化學(xué)鍍槽等設(shè)備 參照?qǐng)D2、圖3碳化硼摩擦墊片表面掃描電鏡圖，B4C顆粒均勻鑲嵌在N1-P — B4C復(fù)合 鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為N1-P—B4C復(fù)合層表面積的15%~30%。具有這種N1-P — B4C復(fù)合鍍層的碳化硼摩擦墊片，在預(yù)定的載荷下，碳化硼顆粒刺入與之接觸的工作面上，增加與工作面之間的摩擦力和表面嚙合程度，提升機(jī)械零件之間的結(jié)合力及連接強(qiáng)度，從而提升力和力矩的傳輸能力，降低構(gòu)件的尺寸和重量，減小螺釘連接所需要的尺寸，減少緊固件的數(shù)量與零件的體積及重量，提高實(shí)際應(yīng)用中的安全系數(shù)，并具有耐磨，耐腐蝕和不受油膜影響等優(yōu)點(diǎn)。
[0031]圖6是碳化硼摩擦墊片的N1-P — B4C復(fù)合鍍層中鎳磷(N1-P)合金的EDS分析。
[0032]化學(xué)鍍過程中引入超聲波，“空化效應(yīng)”可以增加工件表面的活化點(diǎn)并加快氣體從工件表面脫離，使鍍層更加致密均勻，減少針孔和麻點(diǎn)以及降低反應(yīng)溫度和加快反應(yīng)速度。
[0033]引入間歇式超聲波，在保證碳化硼顆粒均勻分散和懸浮在鍍液中的同時(shí)，也大大降低了顆粒間相互沖撞摩擦的幾率，提高碳化硼顆粒在基體表面的沉積效率。這樣做的好處是可以避免因溶液中添加過多碳化硼顆粒引起鍍液自發(fā)分解，又能在表面獲得高的碳化硼顆粒的沉積率，在鍍液中碳化硼粉含量為6-12g/L時(shí)，所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為N1-P —B4C復(fù)合層表面積的15% 30%ο
[0034]本發(fā)明采用一步復(fù)合鍍法，相對(duì)于多步法而言，鍍層沿厚度方向呈現(xiàn)連續(xù)均質(zhì)特性，提高了鍍層的強(qiáng)度、硬度以及耐磨性和耐蝕性。
[0035]圖4、圖5是安裝拆卸后配合面的圖貌。從中可以看出，安裝后摩擦墊片上的碳化硼顆粒刺入到配合面中，起到增大摩擦系數(shù)和工件間結(jié)合強(qiáng)度的作用。
[0036]以上通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做了詳細(xì)的說明，這些詳細(xì)的描述不能認(rèn)為本發(fā)明僅僅限于這些實(shí)施例的內(nèi)容。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思、這些描述并結(jié)合本領(lǐng)域公知常識(shí)做出的任何改進(jìn)、等同替代方案，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)鍍和超聲波結(jié)合制備碳化硼摩擦墊片的方法，包括以下步驟: 將微米級(jí)碳化硼粉加入鎳磷化學(xué)鍍液中分散均勻形成含碳化硼的化學(xué)鍍液，通過溫控加熱裝置對(duì)該含碳化硼的化學(xué)鍍液加溫并使保持80-90°C恒溫，放入彈簧鋼墊片，同時(shí)通過超聲波設(shè)備施加間歇式超聲波，對(duì)彈簧鋼墊片施鍍30 - 60min，使鎳磷合金和微米級(jí)碳化硼粉共沉積于彈簧鋼墊片的表面，形成N1-P — B4C復(fù)合鍍層；其中，所述含碳化硼的化學(xué)鍍液的PH值為4.6-5.0，其組分包含硫酸鎳22-25g/L、次亞磷酸鈉24_27g/L以及微米級(jí)碳化硼粉 6-12g/L ； 取出鍍后的彈簧鋼墊片，清洗吹干，在200-400°C溫度下進(jìn)行熱處理。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述間歇式超聲波的頻率為20-50kHz,間歇時(shí)間為8-15s。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述N1-P— B4C復(fù)合鍍層中，N1-P合金和B4C顆粒的質(zhì)量比為10:0.5~2。
4.據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，在所述N1-P— B4C復(fù)合鍍層中，B4C顆粒均勻鑲嵌在該復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:在所述N1-P—B4C復(fù)合層表面上，所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層表面積的15%~30%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化硼粉的平均粒徑為25微米，所述N1-P-B4C復(fù)合層厚度為13-17微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含碳化硼的化學(xué)鍍液進(jìn)一步包含丙酸 2.2-2.5mg/L、乳酸 30_3·3mg/L 以及氟化鈉 0.5-0.8g/L。
8.一種碳化硼摩擦墊片，包括彈簧鋼墊片，其特征在于，所述彈簧鋼墊片的表面具有N1-P-B4C復(fù)合鍍層；在所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層中，B4C顆粒均勻鑲嵌在該復(fù)合鍍層中，呈半裸露狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳化硼摩擦墊片，其特征在于:在所述N1-P—B4C復(fù)合鍍層表面上，所有B4C顆粒的裸露部的表面積之和為所述N1-P — B4C復(fù)合鍍層表面積的15%~30%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的碳化硼摩擦墊片，其特征在于:在所述N1-P— B4C復(fù)合鍍層中，N1-P合金和B4C顆粒的質(zhì)量比為10:0.5~2 ;所述N1-P — B4C復(fù)合層厚度為13-17微米。
【文檔編號(hào)】C23C18/36GK103849860SQ201410089592
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月11日
【發(fā)明者】劉海峰, 唐國翌, 宋國林 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院