轴瓦上电镀铟-铅-锡-铜合金的研究
发布时间：2013-10-23陈一胜 陈颢
（南方冶金学院材料与化工分院，江西赣州 341000）
（南方冶金学院材料与化工分院，江西赣州 341000）
摘 要：利用电沉积方法在轴瓦上电镀铟-铅-锡-铜四元合金镀层。测试结果表明：所得镀层成分分布均匀，合金元素铟的存在大大提高了轴瓦的耐磨、耐蚀性能和使用寿命。
关键词：轴瓦；合金；磨损；腐蚀；性能
轴瓦是内燃机等动力设备的重要零件。长期处于恶劣的摩擦工作环境中。消耗量很大。据统计，每年全国约需轴瓦5亿副以上。且由于火车、汽车的提速。对轴瓦性能的要求越来越高。因此研究高性能的轴瓦减摩材料。提高轴瓦的使用寿命。具有十分重要的现实意义和可观的经济效益。
要提高滑动轴瓦的使用寿命。就轴瓦本身而言。与钢瓦背和衬里合金的设计及加工质量有关，镀层合金的性能和使用寿命就成为人们十分关注的问题。铟是一种软金属。具有极佳的减摩性能和其他一系列优异性能。是用作轴瓦表面镀层的理想材料。国外对此进行了大量的研究。开发的铟合金轴瓦已在工业上特别是一些高科技产业上得到应用[1]。而国内在该领域的研究还处于空白。
为此研究了一步电镀法制备Pb-sn-In-Cu四元合金的新工艺并对铟合金的电子探针成分分析和x射线光电子能谱进行了分析。
1 试验方法
试样为铸造铅青铜，其尺寸为15mm×10mmx12mm。并将试样与对磨轮的接触面磨削成半径为22.5mm。面积约为100mm2的圆弧。在其上面电镀铟合金。工艺流程为：化学除油-电化学除油-活化-预镀镍-电镀铟合金-冷水洗-热水洗-烘干。
基础工艺采用氟硼酸盐体系作为一步法电镀铟合金的电解液[2]，溶液用去离子水配制，处理温度为室温。
镀层结构分析采用D500X射线衍射仪，成分分布分析采用x射线光电子能谱仪逐层剥离测试，表面形貌用XL30扫描电子显微镜观察，摩擦磨损试验在M-2000型磨损试验机上进行，用失重法来检验镀层的耐腐蚀性能[3,4]。
2 试验结果与分析
2.1 镀层分析
铟合金镀层成分见表1。
关键词：轴瓦；合金；磨损；腐蚀；性能
轴瓦是内燃机等动力设备的重要零件。长期处于恶劣的摩擦工作环境中。消耗量很大。据统计，每年全国约需轴瓦5亿副以上。且由于火车、汽车的提速。对轴瓦性能的要求越来越高。因此研究高性能的轴瓦减摩材料。提高轴瓦的使用寿命。具有十分重要的现实意义和可观的经济效益。
要提高滑动轴瓦的使用寿命。就轴瓦本身而言。与钢瓦背和衬里合金的设计及加工质量有关，镀层合金的性能和使用寿命就成为人们十分关注的问题。铟是一种软金属。具有极佳的减摩性能和其他一系列优异性能。是用作轴瓦表面镀层的理想材料。国外对此进行了大量的研究。开发的铟合金轴瓦已在工业上特别是一些高科技产业上得到应用[1]。而国内在该领域的研究还处于空白。
为此研究了一步电镀法制备Pb-sn-In-Cu四元合金的新工艺并对铟合金的电子探针成分分析和x射线光电子能谱进行了分析。
1 试验方法
试样为铸造铅青铜，其尺寸为15mm×10mmx12mm。并将试样与对磨轮的接触面磨削成半径为22.5mm。面积约为100mm2的圆弧。在其上面电镀铟合金。工艺流程为：化学除油-电化学除油-活化-预镀镍-电镀铟合金-冷水洗-热水洗-烘干。
基础工艺采用氟硼酸盐体系作为一步法电镀铟合金的电解液[2]，溶液用去离子水配制，处理温度为室温。
镀层结构分析采用D500X射线衍射仪，成分分布分析采用x射线光电子能谱仪逐层剥离测试，表面形貌用XL30扫描电子显微镜观察，摩擦磨损试验在M-2000型磨损试验机上进行，用失重法来检验镀层的耐腐蚀性能[3,4]。
2 试验结果与分析
2.1 镀层分析
铟合金镀层成分见表1。
为了得出铟合金镀层中各元素的分布情况，将合金镀层用表面分析仪逐层剥离，并进行XPS分析，通过对镀层从外到里的各点成分分析表明：一步法电镀的铟合金镀层含有Pb、sn、In、Cu各元素，且分布较均匀。
2.2 铟合金镀层摩擦磨损试验
摩擦磨损对比试验在M-2000型磨损试验机上进行。将镀铟轴瓦材料与德国铲运机连杆瓦材料进行摩擦磨损对比试验，其结果见表2。
2.2 铟合金镀层摩擦磨损试验
摩擦磨损对比试验在M-2000型磨损试验机上进行。将镀铟轴瓦材料与德国铲运机连杆瓦材料进行摩擦磨损对比试验，其结果见表2。
图1是铟轴瓦与进口轴瓦在加载2000N，滑动速度为0.94m/s条件下，磨损失效时间的比较。其中磨损失效的判定为减摩层破坏，其在摩擦磨损试验中摩擦系数显著增加。
由试验结果可得：进口轴瓦的耐磨性是国内同类铜基轴瓦的十倍，新研制的铟轴瓦的耐磨性是进口轴瓦的二倍，且摩擦系数还略小。
2.3 铟合金镀层耐蚀性试验
为了考察铟合金镀层的耐蚀性，将镀有Pb-Sn-Cu三元合金、Pb-Sn-In-Cu四元合金以及在电镀Pb-Sn-In-Cu四元合金基础上再镀纯铟1.5μm厚的试样，放入100℃的20号机油中，保温100h，失重结果见表3。
2.3 铟合金镀层耐蚀性试验
为了考察铟合金镀层的耐蚀性，将镀有Pb-Sn-Cu三元合金、Pb-Sn-In-Cu四元合金以及在电镀Pb-Sn-In-Cu四元合金基础上再镀纯铟1.5μm厚的试样，放入100℃的20号机油中，保温100h，失重结果见表3。
由表3可以看出，一步法电镀Pb-Sn-In-Cu四元合金镀层的耐蚀性明显优于Pb-Sn-Cu，表面镀有防锈纯铟层的镀层的耐蚀性比Pb-Sn-Cu三元合金的耐蚀性更优。由此可见，铟的耐腐蚀性能是比较好的。
3 结论
（1）Pb-Sn-In-Cu四元铟合金具有良好的减摩性能，有效地提高了轴瓦的耐磨性。
（2）铟合金镀层耐蚀性能比普通Pb-sn-Cu三元合金镀层的耐蚀性有显著地提高。
参考文献：
[1]Massey ID.高负荷发动机曲轴轴承材料的研究[J].国外内燃机,1992,(137):10-21.
[2]屠振密等.电镀合金原理与工艺[M].北京:国防工业出版社,1993.
[3]沈宁.表面处理工艺手册[M].上海:上海科学技术出版社,1991.
[4]美国金属学会,Metals,Handbook,8.th Edition.1973.
3 结论
（1）Pb-Sn-In-Cu四元铟合金具有良好的减摩性能，有效地提高了轴瓦的耐磨性。
（2）铟合金镀层耐蚀性能比普通Pb-sn-Cu三元合金镀层的耐蚀性有显著地提高。
参考文献：
[1]Massey ID.高负荷发动机曲轴轴承材料的研究[J].国外内燃机,1992,(137):10-21.
[2]屠振密等.电镀合金原理与工艺[M].北京:国防工业出版社,1993.
[3]沈宁.表面处理工艺手册[M].上海:上海科学技术出版社,1991.
[4]美国金属学会,Metals,Handbook,8.th Edition.1973.
来源：《轴承》2003年第6期