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新型Ni-P合金镀层材料的研究进展(2)

时间:2013-08-07 15:55 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:论文部落 点击次数:


  1.2Ni-P合金镀层的性能
  化学镀Ni-P合金镀层工艺中所使用的化学镀液具有稳定、沉积速度高等性质,因此所得的镀层孔隙率低、较平整、光泽性好,且具有耐磨、耐腐蚀、硬度高等性能[3]。
  1.2.1镀层硬度
  化学镀Ni-P层比电镀Ni-P层硬度高得多,电镀Ni-P层的硬度为160~180Hv(Hv是指显微维氏硬度),而化学镀Ni-P的硬度一般为300~500Hv。化学镀Ni-P层在热处理前是非晶型的无定型结构,热处理后变成径行晶型结构。因此,热处理可以大大提高化学镀Ni-P层的硬度[7]。在一般情况下,含磷量越高,非晶态向晶态转化的温度就越高,相应的含磷物质的析出温度也越高,从而造成硬度峰值增高[8]。Ni-P梯度镀层的硬度为650Hv,高于高磷镀层和中磷镀层,而略低于低磷镀层。这是由于在硬度测试过程中,压头下压至最外层,硬度高的变形小,故梯度镀层的总体变型程度大于低磷镀层[9]。在实际应用中,可适当增加梯度镀层中低磷镀层的厚度,以提高镀层的硬度和增强耐磨性。
  1.2.2镀层的耐磨性
  耐磨性是Ni-P复合材料镀层的主要特性之一。由于Ni-P合金具有较高的硬度,所以具有良好的耐磨损性,尤其是黑色镀层效果最佳,对于经过热处理和未经过任何处理的镀层都具有耐磨性。一般认为,镀层的耐磨性与镀层的含磷量和热处理时的温度有关,并非仅与硬度有关[10]。均质Ni-P合金的磨损体积与其硬度成正比。经热处理后,提高了镀层在磨损过程中的抗塑性变形能力,从而降低了磨损度,提高了耐磨性。在化学镀层中,色层厚度对镀层耐磨性能也有一定影响。如果用橡皮擦反复摩擦数次,不出现起皮现象,说明耐磨性能良好。
  1.2.3镀层的耐腐蚀性
  在Ni-P合金镀层中,常用Ni-P非晶态合金作为耐腐蚀镀层。特别是用于石油工业和化工工业中,由于大部分Ni-P镀层是无定形非晶态结构而且表面易于钝化,因而化学镀层在许多环境都下具有优异的抗腐蚀性能[11]。由于Ni-P合金镀层较薄,不适用于强腐蚀介质,只适用于碳钢、不锈钢、腐蚀严重的含盐弱酸和碱性介质中,尤其适用于冲刷腐蚀的还原性介质中[12]。一般认为Ni-P合金镀层的耐腐蚀性能主要取决于含磷量,含磷量升高,耐腐蚀能升高。镀层的耐腐蚀性不仅与含磷量有关,还与其它因素有关。镀层经热处理后,耐腐蚀性能显著下降,但含磷量高的Ni-P合金镀层仍然具有较高的耐腐蚀性能[13]。Ni-P合金镀层的耐腐蚀性能优于不锈钢与纯镍,且价格便宜,被广泛应用与各种行业。
  2Ni-P-PTFE复合镀层的研究
  2.1Ni-P-PTFE复合镀层的工艺条件及影响
  Ni-P-PTFE复合材料是近十年才开始开发研究的新材料,由于其有优越的性能,越来越引起人们的关注。Ni-P-PTFE复合合金是在Ni-P合金的酸性溶液中加入不溶性的PTFE微粉所复合的镀层[14]。Ni-P合金镀层工艺和Ni-P-PTFE复合镀层工艺基本上是一致,但是由于加入了PTFE微粒,且PTFE具有化学稳定性低、摩擦系数低、表面能低等特点,使得镀液性能发生了变化,所以工艺条件会对粒子沉积产生不同的影响,如表面活性剂、pH值、温度、搅拌速度等对粒子沉积有不同的影响。
  2.1.1表面活性剂的影响
  PTFE粒子是一种高疏水性物质,难于被水所湿润。要使PTFE粒子分散于化学镀液中,就必须对PTFE粒子用表面活性剂进行处理,防止PTFE粒子集结成块。因此,对表面活性剂的研究受到很大的重视。
  当使用阳离子表面活性剂时,它单独对粒子悬浮是不起作用的,只有和非离子型表面活性剂共同作用时才能使粒子很好地悬浮并产生共沉积[15]。使用阳离子型表面活性剂和一种非离子型表面活性剂的混合物,既能防止PTFE粒子集结成块,又能使阳离子表面活性剂吸附于PTFE粒子表面,使其表面带正电荷,在施镀过程中,使PTFE粒子対活化的阴极表面具有亲和性,有利于PTFE粒子与Ni-P粒子共沉积,获得Ni-P-PTFE复合镀层[16]。表面活性剂在促使粒子吸附的同时也参与了化学反应,释放的一部分表面活性剂发生了还原反应并且此反应在粒子沉积的过程中起重要作用。
  2.1.2pH值的影响
  在Ni-P-PTFE复合镀层制备中,pH值对粒子沉积存在一定影响。pH值对PTFE的沉积量影响的一般趋势是随pH值升高,PTFE量下降,但在一定温度下出现峰值现象,随着pH值升高,PTFE在镀层中的含量升高,当pH值升高到一定值时,PTFE的含量反而下降。出现峰值的pH值的范围是在4.5~5之间[17]。
  2.1.3温度对的影响
  温度强烈影响粒子的布朗运动及粒子与镀层的碰撞几率,并且影响表面活性剂在粒子表面的吸附状态,从而影响粒子的表面电位,因而强烈影响粒子的沉积行为[18]。随温度的升高,PTFE在镀层中的百分含量降低,这是由于温度升高时,当表面活性剂的温度大于90℃时,使PTFE微粉集中于镀液表面,镀液中PTFE的含量降低且PTFE的运动加剧不易产生共沉积,从而导致高温施镀时镀层的PTFE的百分含量降低[19]。而温度降低时,PTFE在镀层中的百分含量升高。一般情况下,温度应选择在85~90℃之间。
  2.1.4搅拌速度的影响
  为了增加离子和试样表面的机械碰撞而且使粒子分散的更好,可以通过搅拌来实现。但是不同搅拌方式和速度对粒子沉积的影响不同。其中以间歇式搅拌镀层中微粒含量较高,而较快速度的搅拌含量最低,连续搅拌时镀液发生自分解。因此,在施镀过程中采用间歇式搅拌或者采用慢速搅拌比较适合,但是是以镀液中PTFE微粒均匀分散悬浮为原则[20]。
  2.2Ni-P-PTFE复合镀层的性能
  Ni-P合金具有良好的耐磨性能和耐腐蚀性能等特征,而PTFE具有良好的润滑性和不粘性等特征。将两者结合起来形成Ni-P-PTFE复合镀层,就可以兼容两者的特征,成为具有较强的结合力、硬度高、很好耐磨性和耐腐蚀性等特征的复合化学镀层。

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