Ni-P-PTFE化学复合镀工艺与性能研究

摘要

为了进一步拓展化学镀镍的应用范围,在化学镀溶液中掺杂不溶性的PTFE微纳米粒子,可得到性能更优异的Ni-P-PTFE自润滑复合镀层。PTFE微纳米粒子具有非常低的摩擦系数和良好的自润滑性,而含有PTFE微纳米粒子的复合镀层在受到摩擦时,PTFE微纳米粒子可通过自身的层状剥离在镀层表面铺展开来,经过一段时间的摩擦后,这种固体润滑剂可在工件表面形成厚度均匀的减摩层,降低镀层摩擦系数,以减少磨损。
　　本文主要探讨了(一)阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂以及复合表面活性剂对Ni-P-PTFE复合镀工艺及性能的影响。(二)PTFE微纳米粒子添加量对Ni-P-PTFE复合镀工艺及性能的影响,并对复合镀层中PTFE微纳米粒子含量进行了计算。(三)外加磁场以及所加磁场强度大小对Ni-P-PTFE复合镀工艺及性能的影响。(四)Ni-P合金预镀层厚度的变化,对Ni-P/Ni-P-PTFE复合镀层性能的影响。并采用XJZ-6A型金相显微镜对复合镀层的金相组织进行了观察,测定了镀层的厚度;用弯曲试验法测定了复合镀层与基体的结合强度;用HVS1000型数显显微硬度计测定了复合镀层的显微硬度;用贴滤纸法测定了复合镀层的孔隙率;用SEM和EDS对复合镀层的形貌和元素组成进行了表征;用SFT-2M销盘式摩擦磨损试验机测定了复合镀层的摩擦系数;同时利用公式计算了复合镀层中PTFE微纳米粒子的含量。结果表明:
　　阳离子型表面活性剂聚丙烯酰胺PAM与非离子型表面活性剂OP两者复配使用,更有利于PTFE微纳米粒子在镀液中的分散,经分析讨论,两种表面活性剂的最佳添加量为:5ml/L的PAM和4ml/L的OP。
　　Ni-P合金镀层的摩擦系数μ为0.5左右,镀液中添加适量的PTFE微纳米粒子后,可降低复合镀层的摩擦系数。研究表明,当镀液中PTFE微纳米粒子添加量为5g/L时,所得Ni-P-PTFE复合镀层中PTFE微纳米粒子含量较高,复合镀层的摩擦系数μ达到0.225,并且复合镀层具有合适的硬度和良好的耐蚀性,与基体结合良好。
　　镀件周围有外加磁场时,可提高复合镀层的沉积速度和复合镀层中的PTFE微纳米粒子含量,并可改善复合镀层的表面质量。另外,当镀件周围外加磁场强度增大时,所得复合镀层的厚度增大,且PTFE微纳米粒子的含量也越多,提高了复合镀层的减摩性。
　　适当控制化学镀Ni-P合金和Ni-P-PTFE复合镀的施镀时间比,可弥补纯Ni-P-PTFE复合镀层性能的不足。本试验的研究表明,总施镀时间为2小时,同时化学镀Ni-P合金和Ni-P-PTFE复合镀的施镀时间比为1∶1时,可得到具有与基体结合力强、硬度合适、减摩性好和耐腐蚀性良好的Ni-P/Ni-P-PTFE复合镀层。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 引言

1.2 化学镀镍技术概述

1.2.1 化学镀镍的特性

1.2.2 化学镀镍的机理

1.3 化学复合镀技术简介

1.3.1 化学复合镀的技术特点

1.3.2 化学复合镀中的共沉积机理

1.3.3 影响化学复合镀的因素

1.3.4 化学复合镀层的分类及应用

1.4 Ni-P-PTFE复合镀的国内外研究现状

1.4.1 Ni-P-PTFE复合镀工艺的研究

1.4.2 Ni-P-PTFE复合镀性能的研究

1.4.3 Ni-P-PTFE复合镀的共沉积机理

1.4.4 Ni-P-PTFE复合镀的应用与展望

1.5 本课题的研究意义及研究内容

1.5.1 本课题的研究意义

1.5.2 本课题的研究内容

2 Ni-P-PTFE复合镀层的制备与性能表征

2.1 复合镀层制备工艺

2.1.1 试验材料及试验装置

2.1.2 制备工艺流程

2.2 复合镀层性能的表征

2.2.1 复合镀层与基体的结合强度

2.2.2 复合镀层的厚度与沉积速度

2.2.3 复合镀层硬度的测定

2.2.4 复合镀层孔隙率的测定

2.2.5 复合镀层中PTFE粒子含量的测定

2.2.6 复合镀层摩擦系数的测定

2.2.7 复合镀层的形貌以及成分分析

2.3 本章小结

3 复合粒子PTFE及其分散研究

3.1 复合粒子PTFE的概述

3.1.1 复合粒子PTFE的结构及特性

3.1.2 复合粒子PTFE的选择

3.2 单种表面活性剂的确定

3.2.1 阳离子表面活性剂对复合镀层金相组织的影响

3.2.2 阳离子表面活性剂对复合镀层外观的影响

3.2.3 阳离子型表面活性剂对复合镀层沉积速度的影响

3.2.4 阳离子型表面活性剂对复合镀层中PTFE粒子含量的影响

3.2.5 阳离子型表面活性剂对复合镀层硬度的影响

3.2.6 阳离子型表面活性剂对复合镀层孔隙率的影响

3.2.7 阳离子型表面活性剂对复合镀层摩擦系数的影响

3.2.8 阳离子型表面活性剂对Ni-P-PTFE复合镀层表面形貌的影响

3.2.9 非离子型表面活性剂对复合镀层外观的影响

3.2.10 非离子型表面活性剂对复合镀层金相组织的影响

3.2.11 非离子型表面活性剂对复合镀层沉积速度的影响

3.2.12 非离子型表面活性剂对复合镀层硬度的影响

3.2.13 非离子型表面活性剂对复合镀层孔隙率的影响

3.3 复合表面活性剂用量的选择

3.3.1 复合表面活性剂对复合镀层外观的影响

3.3.2 复合表面活性剂对复合镀层沉积速度的影响

3.3.3 复合表面活性剂时对复合镀层PTFE粒子含量的影响

3.3.4 复合表面活性剂对复合镀层硬度及孔隙率的影响

3.3.5 复合表面活性剂对复合镀层摩擦系数的影响

3.3.6 复合表面活性剂对Ni-P-PTFE复合镀层表面形貌的影响

3.4 PTFE粒子添加量的确定

3.4.1 PTFE粒子添加量对复合镀层金相组织及外观的影响

3.4.2 PTFE粒子添加量对复合镀层沉积速率的影响

3.4.3 PTFE粒子添加量对复合镀层中PTFE粒子含量的影响

3.4.4 PTFE粒子添加量对复合镀层硬度的影响

3.4.5 PTFE粒子添加量对复合镀层孔隙率的影响

3.4.6 PTFE粒子添加量对复合镀层摩擦性能的影响

3.4.7 PTFE粒子添加量对复合镀层成分的影响

3.5 本章小结

4 外加磁场对复合镀工艺参数和复合镀层性能的影响

4.1 引言

4.2 外加磁场的试验

4.2.1 外加磁场对复合镀层金相组织的影响

4.2.2 外加磁场对复合镀层厚度的影响

4.2.3 外加磁场对复合镀层硬度及孔隙率的影响

4.3 改变磁场强度的试验

4.3.1 不同磁场强度对复合镀层金相组织的影响

4.3.2 不同磁场强度对复合镀层沉积速率的影响

4.3.3 不同磁场强度对复合镀层硬度及孔隙率的影响

4.3.4 不同磁场强度对复合镀层成分的影响

4.4 本章小结

5 Ni-P合金预镀层对复合镀层性能的影晌

5.1 引言

5.2 预镀试验方案

5.2.1 Ni-P合金预镀层对复合镀层金相组织的影响

5.2.2 Ni-P合金预镀层对复合镀层硬度的影响

5.2.3 Ni-P合金预镀层对复合镀层孔隙率的影响

5.2.4 Ni-P合金预镀层对复合镀层结合强度的影响

5.2.5 Ni-P合金预镀层对复合镀层摩擦系数的影响

5.2.6 Ni-P合金预镀层对复合镀层成分的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间已发表(录用)论文