1、第46 卷第7 期2023年7 月化工工艺与工程WC-12NiNi-MoS,核壳结构复合粉体工艺改进煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.7Jul.2023王晋枝，刘新宇，何文斌（山西工程职业学院冶金工程系，山西太原0 30 0 0 0）摘要：为了解决WC-12NiNi-MoS2自润滑核壳结构复合粉体壳层疏松、厚度不均、元素分布不均的问题，研究了化学镀制备工艺中粉体固含量、表面活性剂类型、搅拌方式、粉体粒径大小对复合粉体的影响。结果表明，在7 5g/LWC-12Ni待镀粉体粒径分布均匀且范围小的情况下添加HPB阳离子型表面活性剂、7.5g/LMoS2
2、自润滑粉体，NiCl6H2O作主盐，DMAB作还原剂持续均匀定量加入，12 0 0 r/min机械搅拌，8 5化学镀2 0 min制备的WC-12NiNi-MoS,核壳结构复合粉体壳层致密，厚度均匀，元素分布均匀，且试验可重复率高。关键词：化学镀；二硫化钼；硬质合金粉体；核壳结构；自润滑；复合粉体中图分类号：TQ9文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-59 7 9（2 0 2 3）0 7-0 131-0 3Process improvement of electroless to prepare WC-12NiNi-MoS2 self-lubricating composite powder
3、sWang Jinzhi,Liu Xinyu,He Wenbin(Department of Metallurgical Engineering,Shanxi Engineering Vocational College,Taiyuan 030000,China)Abstract:In order to solve the problems of loose shell,uneven thickness and uneven distribution of elements ofWC-12NiNi-MoS2 self-lubricating core-shell structure compo
4、site powder,the effects of powder solid content,surfactanttype,strring method and powder particle size on the composite powder in the preparation process of electroless plating werestudied.The results showed that HPB cationic surfactant and 7.5 g/L MoS2 self-lubricating powder were added under theco
5、ndition that the particle size distribution of the powder to be plated was uniform and the range was small at 75 g/LWC-12Ni.The WC-12NiNi-MoS2 core-shell composite powder shell prepared by NiCl2 6H2O as the main salt,DMABas reducing agent was continuously and quantitatively added,mechanical stirring
6、 at 1 200 r/min and electroless plating at850 C for 20 min was dense,uniform thickness,uniform element distribution,and high test repeatability.Key words:electroless plating;molybdenum disulide;cemented carbide powder;core-shell structure;self-lubricating;composite powder.形成的镀层就是自润滑复合涂层，可在摩擦过程中0引言形成
7、连续润滑膜实现自润滑特性，和传统的在摩擦我国每年大约有三分之一的金属失效是由于磨界面添加以油为主的液体或半固态润滑脂的方法耗，金属中添加固体润滑剂可大大降低该损失。固相比，更能适应现代真空、高温高压、辐射等环境体润滑剂的自润滑机理是：在载荷力作用下，涂层下的使役要求，因而得到广泛的研究和关注。表面凸出部位的固体润滑剂会随着摩擦运动发生软自润滑复合材料在保持自身硬度和强度的情况化被带入凹陷部位，直到在表面形成均匀连续的润下具有较低的摩擦系数和磨损率，适应高温、高滑膜。化学复合镀的镀液中添加固体润滑剂颗粒，压、辐射、真空、重载荷等恶劣工况下的服役要责任编辑：杨超1D0I:10.19286/ki.c
8、ci.2023.07.034基金项目：院级课题：热喷涂WC-NiNi-MoS2粉体制备自润滑复合涂层工艺及性能研究，KY2021-16；院级课题：镁合金表面高强度自润滑复合涂层工艺和性能研究，KY2023-24作者简介：王晋枝（19 9 3一），女，山西忻州人，助教。引用格式：王晋枝，刘新宇，何文斌.WC-12NiNi-MoS2核壳结构复合粉体工艺改进J.煤炭与化工，2 0 2 3，46（7）：131-133，149.1312023年第7 期求，所以目前利用自润滑涂层解决因摩擦导致产品失效的问题已成为主流。而制备自润滑涂层的方法却不尽如人意，常见的方法有直接将粉体通过激光熔覆和热喷涂制成涂层，
9、但常会导致固体润滑剂的高温氧化分解生成气体或其他相而失去自润滑功能。有研究者提出激光熔覆原位生成润滑相的方法使润滑相在金属基体中原位形核长大，但该法操作难度大，结果难以控制。低温湿化学法先制备复合粉体再用于高温物理法制备涂层的研究近年来逐渐增多，但存在的问题是工艺不佳导致润滑相含量过少，起不到润滑的作用，或者润滑相过多容易脱落，壳层疏松，在高温制备过程中易氧化分解，难以控制涂层中固体润滑剂的含量。本研究通过改进化学镀制备核壳结构自润滑复合粉体的工艺，得到了MoS2固体润滑剂被Ni包覆沉积在WC-12Ni硬质合金粉体表面及孔洞内的WC-12NiNi-MoS2复合粉体，该粉体结构致密、厚度均匀、元
10、素分布均匀，且易于操作，重复率高，生产成本低。在高温物理制备涂层过程中，Ni可以增强不熔相间的润湿性并保护MoS,不被氧化，大大提高了自润滑涂层制备的成功率且MoS2固体润滑剂含量可控。1试验材料和方法1.1试验材料NiCl6H2O（六水合氯化镍）为主盐，试验浓度为7 5g/L；D M A B（二甲胺基甲硼烷）为还原剂,试验浓度为7 0 g/L；WC-12 Ni 硬质合金粉体为待镀粉体，粒径分布在10 40 m之间，试验浓度为7.5g/L；M o Sz 为固体润滑剂粉体，试验浓度为变量；表面活性剂有HPB（溴代十六烷基吡啶，C2iH3BrN）、SD S（十二烷基磺酸钠，CizH2sNaO;S)
11、、曲拉通-10 0 (C34He201)。1.2试验方法NiCl6HO作为主盐，在镀液中源源不断产生镍离子。二甲胺基甲硼烷作为还原剂，将镀液中的镍离子还原为镍原子。镀液中加入适量二硫化钼粉体，随着镍离子被还原后沉积的过程，与镍共同沉积在硬质合金粉体上，形成Ni-MoS2复合壳层包裹着硬质合金粉体。化学镀时先将粉体用去离子水进行清洗，然后配置镀液和还原剂溶液，待其中的固体充分溶解后进行化学镀，化学镀温度为8 5，时间持续2 0 min,还原剂溶液在整个化学镀过程中匀速定量加入。反应结束后，去离子水多次清洗粉体并置于烘箱中8 5烘干。改变的变量有：镀液132煤炭与化工中固体润滑剂含量，含量分别为2
12、.5、5、7.5、10g/L；搅拌方式有磁力搅拌和机械搅拌，磁力搅拌时烧杯中添加玛瑙球,带动粉体转动，增大粉体与镀液接触面积，机械搅拌时速率为12 0 0 r/min，即在液体不飞溅情况下的最大转速；表面活性剂分别做不添加表面活性剂和添加 HPB、SD S、曲拉通-100表面活性剂4种对比试验；待镀粉体的粒径范围分别做不分级和分三级的对比实验。将不同条件下得到的复合粉体分别制样，使用扫描电镜表征其表面、截面形貌，壳层厚度与元素分布，LED模式下可观察粉体形貌特征，利用EDS可得元素分布及其含量。化学复合镀粉体制备参数见表1。表1化学复合镀粉体制备参数Table 1 Preparation pa
13、rameters of chemicalcomposite plating powder组成及工艺条件NiCl26H,O/(gL-)DMAB/(g:L-1)化学镀温度/时间/min粉体表面和截面表征试样如图1所示。图1粉体表面和截面表征试样Fig.1 Powder surface and cross section characterization sample2丝结果与讨论本实验中用到的WC-12Ni硬质合金粉体，粉体表面存在大量孔隙，孔隙直径大于MoS,粉体粒度，为镀液中的Ni-MoS2进入硬质合金粉体内部提供了条件。且WC-12Ni硬质合金粉体表面粗糙，也为Ni-MoS2在其表面沉积提供
14、了有利条件。WC-12Ni硬质合金粉体如图2 所示。3000倍图2 WC-12Ni硬质合金粉体Fig.2 WC-12Ni cemented carbide powder第46 卷参量75708520王晋枝等：WC-12NiNi-MoS2核壳结构复合粉体工艺改进理想的WC-12NiNi-MoS2自润滑复合粉体为Ni包裹着MoS2在WC-12Ni表面形成均匀致密壳层，元素分布厚度分布均匀。根据WC-12Ni粉体表面裸露程度和孔隙数量的变化，比较复合粉体的表面形貌可知，表面活性剂为唯一变量时，添加HPB表面活性剂后得到的复合粉体为最优状态。MoS2粒子在镀液中表面带负电，更易与阳离子型表面活性剂粒子
15、结合，使得MoS,粉末周围形成正电离子氛，粉末彼此排斥而增加分散稳定性，从而使得形成的壳层均匀致密。比较图4可知，Ni-MoSz沉积量随着镀液中MoS2添加量的增加呈现先增后降的趋势。镀液中MoS2含量适当增多可增加其沉积量，但超过镍离子负载后反而会阻碍沉积。添加不同表面活性剂制备的复合粉体表面形貌如图3 所示。未添加2023年第7 期的搅拌。实验结果表明，壳层包覆情况在机械搅拌下效果较好，磁力搅拌时用到的磁转子及玛瑙球相比机械搅拌的搅拌棒会在Ni-MoS2沉积路径上形成阻碍。不同搅拌方式制备的复合粉体截面形貌如图5所示。扫图5不同搅拌方式制备的复合粉体截面形貌Fig.5 Cross-sect
16、ional morphology of composite powderprepared by different stirring methods待镀粉体粒径分布窄制备的复合粉体表面和截面及元素分布如图6 所示。曲拉通-10 0滋力搅拌图6 待镀粉体粒径分布窄制备的复合粉体表面和截面及元素分布Fig.6 Surface,section and element distribution of compositepowder prepared with narrow particle size distribution ofSDS图3添加不同表面活性剂制备的复合粉体表面形貌Fig.3 Surface morphology of composite powder preparedby adding different urfactants添加不同固体润滑剂含量制备的复合粉体表面形貌如图4所示。未添加SDS图4添加不同固体润滑剂含量制备的复合粉体表面形貌Fig.4 Surface morphology of composite powder prepared byadding differe