1 前言

胶边是轮胎硫化时常见的问题之一，它的产生不仅影响轮胎的外观质量，严重时甚至影响轮胎的使用寿命^[1]。研究胶边产生原因并通过简单的方式消除胶边一直是各大轮胎厂的重要课题。研究发现，由轮胎耐磨板在多次开合模过程中造成的磨损及在硫化过程中的腐蚀而导致配合间隙是轮胎胶边产生的原因之一^[2-4]。考虑到活络模工作时所处的恶劣工况 (高温、高压、频繁开合等)，活络模具耐磨板与活络模具之间接触磨损对间隙的影响不容忽视^[5]，伴随着活络模具使用时间的延长，二者之间的配合精度逐渐降低。目前现行耐磨板处理工艺虽然能符合使用要求，但是处理工序较多，处理工艺较复杂，造价高^[6]。国内外针对MoS的化学镀Ni-P合金已有相关研究报道^[7-9]，本文将MoS引入化学镀Ni-B工艺，将其施镀于模具钢表面，以期提高模具表面自润滑性，降低摩擦系数，从而提供一种更加经济、环保的耐磨板处理工艺。

2 实验方法

本研究试样材质为轮胎模具用钢 ( ϕ15.3 mm×4.9 mm)，其化学成分 (质量分数，%) 为：C 0.42~0.50，Si 0.17~0.37，Mn 0.50~0.80，Ni≤0.30%，Cu≤0.60，Cr≤0.25%，余为Fe。

混合好的液体在磁力搅拌器上搅拌10 h ，并且在配置好镀液之后，还要将镀液置于超声波发生器内继续震荡15~20 min，使固体粉末表面充分润湿。

模具钢试样经砂纸打磨后机械抛光，打磨后试样在65 ℃碱洗液中浸泡5 min，碱洗后将试样置于1∶1 盐酸中经行除锈，而后干燥称重，最后置于5%稀硫酸中活化，每两步骤之间都要经过两次蒸馏水水洗。

化学镀试剂包括NaBH 0.9 g/L，NiCl 30 g/L，乙二胺40 mL/L，MoS 10 g/L，乙酸铅40 mg/L，PVP 4 g/L，CTAB 8 g/L。其中MoS是固体粉末，不溶于水，为使其表面润湿进而能够参与化学镀反应，本实验采用PVP与CTAB作为润湿剂^[10]。温度90 ℃，装载比为1 dm/L，pH值12~13。化学镀结束后，对试样进行250 ℃热处理，保温2 h，随炉冷却。

通过INCA Energy-X X射线衍射仪 (XRD) 对热处理前后镀层的相组成进行了表征；经JSM-6700冷场发射扫描电镜 (SEM) 表面扫描观察镀层形貌，通过HVS-1000显微硬度计及SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机测试热处理前后镀层的表面硬度及摩擦系数。

3 结果与讨论

3.1 镀层的厚度与表面形貌

化学镀Ni-B镀层的形成是胞状生长方式，最初沉积在镀件表面上的Ni，B原子是岛状的分散粒子，然后岛状分散粒子的区域扩大，同时岛状分散粒子还向厚度方向发展。在化学镀Ni-B-MoS合金中，MoS粒子将与Ni，B共同沉积到基材表面。

图1所示为Ni-B-MoS镀层截面图片，图中浅色部分为镶嵌材料，深色部分为钢基体，中间的亮色部分为化学镀Ni-B-MoS镀层，经测量厚度为6.8 μm。

从图2Ni-B-MoS复合镀层的SEM像可以看出，镀层由胞状凸起物及随机分布的MoS颗粒组成，胞状凸起立体感明显，胞的大小均匀，但是由于MoS颗粒的随机分布导致镀层表面变得凹凸不平。

3.2 镀层的晶体类型及组成成分

图3a为Ni-B-MoS镀层XRD谱。可见，在2θ=18.42°处的衍射峰为MoS，这说明MoS成功施镀。在镀态时，镀层为非晶态的馒头状峰。图3b所示为热处理后Ni-B-MoS镀层的XRD衍射图谱，与热处理前的图3a相比，镀层已经由非晶态的馒头状峰转化为晶态的尖峰。在2θ=44.52°及2θ=47.23°处分别出现了NiB及NiB的衍射峰，这说明热处理时发生原子的互扩散，导致非晶发生重结晶，生成了金属Ni和金属间化合物如NiB及NiB。NiB及NiB的出现可能会导致镀层耐磨性、耐蚀性变化。

3.3 镀层的耐磨性能

材料的耐磨性能是在一定摩擦条件下表现出的抗摩擦能力，它不仅与材料本身有关，也与摩擦作用时的环境有关。在干摩擦情况下，材料的硬度及材料的摩擦系数是考察材料耐磨性的两个重要指标。材料的硬度越高，磨损的体积越小，材料的摩擦系数越低造成的摩擦力越小，磨损率同样降低。

镀层硬度测试结果如表1所示，摩擦系数测试结果如图4所示:

由图4可知，实验初期，摩擦系数随摩擦时间缓慢增加，这是由于随着摩擦时间的延长，磨损量也是缓慢地变化，产生的碎屑存在试件表面，提高了摩擦系数。观察轮胎模具用钢的摩擦系数曲线，可以看到，在实验开始后的1 min内，摩擦系数从0.3快速增加到0.5附近，这表明钢原件的磨损速度很快，产生的钢屑使摩擦系数显著提高，最终在0.5附近波动。化学镀Ni-B摩擦系数为0.18~0.3，而化学镀Ni-B-MoS镀层的摩擦系数为0.15~0.2，摩擦系数明显降低。

轮胎模具用钢的摩擦系数在0.5~0.6之间，Ni-B镀层的摩擦系数为0.21~0.32，热处理后为0.25~0.27，Ni-B-MoS镀层热处理前后摩擦系数分别为0.15~0.25和0.18~0.22，由此可知，镀层在热处理前后摩擦系数变化不大。但是镀层内部发生晶态转变，镀层由非晶态向晶态转变，此时析出的NiB及NiB将导致镀层硬度升高，由于镀层摩擦系数的相对稳定及硬度的提高，将使相对运动导致的摩擦损失降低，从而提高镀层的耐磨性能。

3.4 镀层的极化曲线测试

图5所示为通过2273电化学工作站得到的轮胎模具用钢、化学镀Ni-B试样及化学镀Ni-B-MoS试样在3%NaCl溶液中的极化曲线，扫描速率为0.5 mV/s。由图可知，镀态下，化学镀Ni-B-MoS合金具有良好的耐蚀性，因为镀态化学镀Ni-B-MoS合金是非晶结构，内部不存在晶界等缺陷，加之B的钝化作用，镀层有良好的耐蚀性能。Ni-B-MoS层的自腐蚀电位小于带Ni-B层的试样的自腐蚀电位，且维钝电流密度明显大于Ni-B层的维钝电流密度。因此，MoS的添加降低了镀层的耐腐蚀性，但腐蚀电位与腐蚀电流密度仍小于基体，即耐腐蚀性能仍高于轮胎模具用钢。热处理后， Ni-B-MoS层的腐蚀降低，小于经热处理后Ni-B层试样的腐蚀电位，仍高于基体。这是由于经过热处理后，镀层发生晶态转变，产生了金属间化合物，如NiB及NiB，Ni-NiB及Ni-NiB之间会形成腐蚀原电池而加快镀层的腐蚀速率，并且由于NiB及NiB的析出，导致晶界面积增加从而降低了镀层的耐蚀性能。

4 结论

(1) Ni-B-MoS镀层具有优良的耐腐蚀性，耐蚀性相对于Ni-B层有所降低，但仍比轮胎模具用钢更耐蚀。

(2) Ni-B-MoS镀层具有良好的减摩性，MoS摩擦系数低，能有效降低镀层摩擦系数，提高其耐磨性。

(3) 热处理后镀层摩擦系数略有增加，但变得相对稳定，镀层硬度有所提高，所以热处理提高了Ni-B-MoS镀层耐磨性能。同时由于镀层内部发生晶态转变，镀层耐蚀性有所降低。

致谢：感谢上海交通大学分析测试中心提供XPS分析,孙立民老师对XPS分析提供的帮助。

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