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Ni-P-PTFE复合镀层工艺及性能研究

王博  
【摘要】: Ni-P合金镀层以其优良的耐蚀性能、抗磨性能以及良好的可焊性,已广泛应用于化工、纺织、航空、汽车和计算机等领域。将高分子材料聚四氟乙烯(PTFE)分散到Ni-P合金镀液中可制备出Ni-P-PTFE复合镀层,该复合镀层较合金镀层具有更优良的耐腐蚀,耐磨性,独特的自润滑性,并且适用温度范围广(-250~300℃)。然而,Ni-P-PTFE复合镀层的显微组织受镀层中P含量的影响,增加P含量,耐蚀性随之增强,但亦使镀层变脆。而在电镀液中加入少量稀土化合物,可显著改善镀液的分散性和深镀能力,提高电流效率,从而获得耐蚀性能和耐磨性能更优异的复合镀层。本文主要研究工作如下:1.以分散镍磷镀液中PTFE微粒为目的,通过实验对比机械搅拌、槽式超声波和探头式超声波三种方式,考察了分散时间对粒径的影响及其分散稳定性,选择探头式超声为最佳分散方式,分散时间45 min。 2.研究了稀土元素在Ni-P-PTFE复合电镀中的作用机制,探讨了稀土元素添加量对复合镀层的沉积速率和PTFE复合量的影响,确定了稀土的最佳添加量为1.2g/L;3.采用单因素试验方法,讨论了镀液中PTFE含量、pH、镀液温度、阴极电流密度和搅拌速度等主要工艺参数对复合镀层性能的影响。在优化工艺的基础上,确定了制备Ni-P-PTFE复合镀层的适宜电镀工艺参数:PTFE乳液加入量为10mL/L;电流密度3.5A/dm2;镀液温度70℃;搅拌速率180r/min; pH 5.0;次亚磷酸钠加入量为20g/L。镀层中PTFE的复合量可达9.32%,P含量为11.71%。SEM测试镀层表面形貌平整光滑、结构致密,PTFE微粒分散均匀。 4.采用阳极极化曲线(Tafel曲线)和电化学阻抗谱研究了Ni-P合金镀层,Ni-P-PTFE和改性Ni-P-PTFE复合镀层在不同介质条件下的腐蚀电化学行为。结果表明,改性Ni-P-PTFE复合镀层在10%盐酸溶液中,自腐蚀电位相对于Ni-P合金镀层和Ni-P-PTFE复合镀层分别提高了316mV和84mV,自腐蚀电流密度分别降低了2个和1个数量级,镀层阻抗分别增加了7倍和4倍;在10%NaOH溶液中,自腐蚀电位分别提高了330mV和40mV,自腐蚀电流密度分别降低了2个和1个数量级,镀层阻抗分别增加了3倍和2倍。 5.镀层耐磨性、减摩性、孔隙率、耐蚀性及结合强度测试结果表明,采用单因素试验获得的工艺参数进行复合电镀,复合镀层晶粒细小、表面光亮、平整,组织均匀致密,孔隙率明显减少,镀层结合力好。稀土加入量为1.2g/L,摩擦系数达最小值0.063。PTFE复合量在9%左右时。经稀土改性的复合镀层相对于未改性的复合镀层及Ni-P合金镀层,在不同介质环境下,均表现出了更加优异的耐腐蚀性能。


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