化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE的工艺优化及镀层性能研究

摘要

在Ni-P镀层中添加PTFE自润滑粒子，可获得具有自润滑性能的Ni-P-PTFE复合镀层，其较Ni-P镀层摩擦系数降低，使化学镀Ni-P镀层使用寿命延长，用途拓宽。但因PTFE软质粒子的加入，使Ni-P-PTFE复合镀层较Ni-P镀层存在硬度低、孔隙率高、耐蚀性差等缺陷。因此，研究化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层的工艺及镀层性能，对弥补Ni-P-PTFE复合镀层的性能缺陷，拓宽其应用范围有重要意义。
　　 首先，研究了含硼酸的复合络合剂对化学镀镍的影响。通过单因素试验，优选出硼酸与乳酸为复配组合。通过正交实验，确定了其最佳复配量为乳酸10g/L，硼酸15g/L。在此复配条件下得到的Ni-P镀层厚度提高，由XRD测试可知该Ni-P镀层为非晶态结构;EDS镀层能谱测试表明其主要由Ni、P组成，Ni含量达90.97％;由SEM观测可知该Ni-P镀层均匀、致密完整;电化学实验及结合力实验则分别表明其耐蚀性能、结合强度优良。
　　 其次，通过单因素试验，确定了阳离子型表面活性剂CTAB及非离子型表面活性剂OP-10对化学复合镀Ni-P-PTFE中PTFE粒子的润湿、分散效果较阴离子表面活性剂SDS更佳，两者可复配使用。通过正交实验确定了其最佳复配量为CTAB浓度20mg/L，OP-10浓度70mg/L。由XRD测试可知在该复配条件下得到的Ni-P-PTFE复合镀层为非晶态结构;EDS镀层能谱测试表明其主要由Ni、P、F、C组成，PTFE含量大约为6.41％;且由SEM观测该复合镀层均匀、完整，结合力实验也表明其结合强度优良。
　　 此外，在表面活性剂研究基础之上，通过正交实验，得到优化后的化学复合镀Ni-P-PTFE的最佳工艺条件为:PTFE6g/L，温度88℃，pH5.2，搅拌频率1min/次。PTFE与Ni、P合金共沉积，降低了镀层的摩擦系数及磨损率，增强了镀层的减摩、自润滑性能。但Ni-P-PTFE复合镀层的硬度、孔隙率、耐蚀性能等均较Ni-P镀层差。
　　 最后，将优化后的化学镀Ni-P与化学复合镀Ni-P-PTFE工艺结合，通过控制两次施镀的时间，可得厚度比不同的Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层，由镀层性能测试可知，该双镀层较Ni-P-PTFE复合镀层，不仅硬度提高，孔隙率降低，结合强度良好，且耐磨性能及耐蚀性能均有相应提高。由此表明:化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层结构可弥补因PTFE软质粒子加入而造成的Ni-P-PTFE复合镀层的性能缺陷。
　　 同时，确定了总镀时120min，两次施镀的镀时分配为底层化学镀Ni-P，60min，面层化学复合镀Ni-P-PTFE，60min时，双镀层综合性能最好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 化学镀技术的产生与发展

1．3 化学镀镍技术概述

1．3．1 化学镀技术概述

1．3．2 化学镀镍的基本原理

1．3．3 化学镀镍的镀液组成

1．3．4 化学镀镍的特点

1．3．5 化学镀镍的应用

1．3．6 多元化学镀镍基合金

1．4 化学复合镀概述

1．4．1 化学复合镀沉积机理

1．4．2 化学复合镀的特点及应用

1．5 化学复合镀Ni-P-PTFE合金

1．5．1 PTFE的特性

1．5．2 Ni-P-PTFE复合镀层的特性

1．6 络合剂作为添加剂在化学镀中的应用

1．7 表面活性剂作为添加剂在化学镀中的应用

1．8 本论文研究的目的、意义及内容

1．8．1 研究目的及意义

1．8．2 研究的内容

第2章 含硼酸的复合络合剂对化学镀镍的影响研究

2．1 引言

2．2 实验材料及仪器

2．3 化学镀Ni-P工艺流程

2．4 试片前处理

2．5 镀液配制及施镀

2．5．1 镀液配制步骤

2．5．2 酸性化学镀Ni-P工艺条件

2．5．3 施镀

2．6 镀层性能及结构测定

2．6．1 镀液稳定性测试

2．6．2 沉积速率

2．6．3 孔隙率的测定

2．6．4 镀层成分的分析

2．6．5 镀层形貌及微观结构

2．6．6 镀层结合强度测试

2．6．7 耐蚀性能的测定

2．7 结果与讨论

2．7．1 镀液稳定性测试

2．7．2 不同络合剂对镀速的影响

2．7．3 Ni-P镀层性能研究

2．8 本章小结

第3章 表面活性剂对Ni-P-PTFE复合镀的影响研究

3．1 引言

3．2 实验材料及仪器

3．3 化学复合镀Ni-P-PTFE工艺流程

3．4 试片前处理

3．5 镀液配制及施镀

3．5．1 酸性化学复合镀Ni-P-PTFE工艺条件

3．5．2 镀液配制步骤

3．5．3 施镀

3．6 镀层性能及结构测定

3．7 结果与讨论

3．7．1 镀液稳定性测试

3．7．2 不同表面活性剂对镀速的影响

3．7．3 Ni-P镀层性能研究

3．8 本章小结

第4章 化学复合镀Ni-P-PTFE的工艺及性能研究

4．1 引言

4．2 实验材料及仪器

4．3 化学镀Ni-P-PTFE工艺流程

4．4 试片前处理

4．5 镀液配制及施镀

4．6 化学镀Ni-P-PTFE工艺条件的优化

4．7 镀层性能及结构测定

4．7．1 沉积速率

4．7．2 镀层形貌测试

4．7．3 镀层耐蚀性能的测定

4．7．4 镀层硬度测试

4．7．5 镀层摩擦磨损性能测试

4．8 结果与讨论

4．8．1 正交试验结果及分析

4．8．2 镀层性能测试结果

4．9 本章小结

第5章 化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE工艺及镀层性能研究

5．1 引言

5．2 实验材料及仪器

5．3 化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层工艺流程

5．4 试片前处理

5．5 镀液配制及施镀

5．5．1 酸性化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE工艺条件

5．5．2 镀液配制步骤

5．6 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层性能测试

5．7 结果与讨论

5．7．1 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层硬度测试

5．7．2 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层结合强度测试

5．7．3 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层孔隙率测定

5．7．4 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层摩擦磨损性能测试

5．7．5 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层耐蚀性能测试

5．8 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢