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聚四氟乙烯增强Ni—P合金化学复合镀工艺研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-09-12  浏览次数:888
核心提示:本文对镍磷聚四氟乙烯(Plotyertarlfouorethylence,PTFE)化学复合镀的工艺、复合镀层的性能等进行了研究和分析,确定了复合粒子FE的用量以及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的活化作用。
 

  聚四氟乙烯增强Ni—P合金化学复合镀工艺研究

侯俊英 赵燕伟

(青岛科技大学机电学院,山东青岛266061)

摘要:本文对镍磷聚四氟乙烯(Plotyertarlfouorethylence,PTFE)化学复合镀的工艺、复合镀层的性能等进行了研究和分析,确定了复合粒子FE的用量以及表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的活化作用。采用金相显微组织观察、显微硬度和结合强度检测等对Ni—P—PTFE化学复合镀层进行了研究。结果表明:添加适量的PTFE粒子和表面活性剂后镀液性能稳定,镀层外观光滑平整,镀层内PTFE粒子分布均匀,镀层与基体结合良好,硬度较高。

关键词:化学复合镀,复合粒子PTFE,表面活性剂

中图分类号:TG174.46;文献标识码:A;文章编号:1006—9658(2009)05—3

1·引言

聚四氟乙烯(英文名称Plotyertarlfouorethylence,FFFE)是一种有机聚合物类型的固体润滑剂。以FE作为共沉积微粒制备的复合镀层,FFFE粒子均匀分散于其中,形成一种自润滑膜,除了用于一般要求减摩的环境外,还常用于制备橡胶压铸时的脱模镀层,以及石油天然气工业的压头蝶形阀、扣件、精密仪器、汽化器、轴承、活塞等。但是具有自润滑性的粒子大多是疏水性的,且表面能极低,在镀液中易于团聚和沉降,很难将其均匀地分散在镀液中,这些团聚体的形成使得固体颗粒不能在镀液中均匀分散,不能发挥其应有的效应,采用适当的表面活性剂是解Ni—P—PTFE复合镀的关键[1-3]。由于影响化学复合镀的因素较多,并且加入不同的第二相粒子,复合镀工艺差别很大,因此,目前国内对该镀层的研究尚处于工艺条件的探索及部分性能的测试阶段,施镀工艺尚不稳定。

2·试验过程

试验时将镀件采用常规的方法除油、除锈,活化后入槽,经过一定时间的镀覆,使镀件表面牢固地沉积一层与基体结合良好、耐用可靠的镀层。

2.1试验装置及材料

主要装置及用品包括76—1型恒温玻璃水浴、烧杯、引流棒、过滤布、温度计、pH试纸(施镀过程中调节pH值用)等。主要试验材料是30mmx40mill镀锌铁板若干。所用试剂包括硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、醋酸钠、盐酸、碘酸钾、十二烷基苯磺酸钠、氨水、3%~5%的硝酸酒精、无水酒精等。复合粒子为微米级PTFE。所用药品均为分析纯化学试剂。

2.2试验方案

对化学复合镀而言,决定其镀层性能的主要指标有外观、硬度、厚度、沉积速度和结合强度等,综合国内外文献资料,本文拟以镀液中PTFE的加入量、镀覆时间和表面活性剂的添加为研究对象,探索出具有良好外观等性能的复合镀层的工艺参数。本试验采用的试验方案如表1所示。


 3·试验结果分析与讨论

3.1镀层的外观与表面粒子的分布

(1)复合镀层的外观

化学复合镀层的外观检验是镀层质量最基本的检验,外观不合格的镀件无需进行其他项目的检验。合格的外观应该是光亮的或是无光泽,其表面应均匀,不允许有针孔、麻点、起皮、起疮、脱落、斑点、分层、树枝状结晶等疵病。若是光亮镀层还应有足够的光亮程度,镀层外观很大程度上取决于基体的光亮度和平整度。本试验所有试样的外观如表2所示。从表中不难看出所获得的Ni—P—PTFE复合镀层表面光亮,无凸起,无起皮;与化学镀Ni—P镀层相比,色泽较亮,并且很光滑。

  

 (2)复合镀层表面粒子的分布

复合镀层的表面粒子分布如图1所示。从图1中的7b、8b、12b可以看出,当粒子添加量一定时,镀层中的微粒分布与施镀时间有关。施镀时间越长,镀层中的PTFE就越多,镀层也就显得越致密。


 从图1lb、12b、13b、14b可以看出镀层中的微粒分布与镀液中FE的添加量有很大关系。镀液中FE的添加量越多时,镀层中的微粒也较多,但不是越多越好,当加入聚四氟乙烯的量<5g/L时,随着PTFE添加量的增加,粒子和试样表面发生机械碰撞的几率增加,有更多的粒子被Ni—P合金镶嵌;当加入聚四氟乙烯的添加量>5g/L时,则越来越多的粒子到达试样表面,阻碍了Ni和HEPO的扩散,减慢了Ni和P的沉积,无法镶嵌更多的PTFE粒子,影响镀层中PTFE含量。可以看出,合适的聚四氟乙烯添加量为5g/L[4]。

从图5a、5b可以看出镀层中的微粒分布与镀液中表面活性剂的添加量有关系。镀液中表面活性剂的添加量越多时,镀层中的微粒也较多,但不是越多越好。研究发现[1],表面活性剂浓度太低时,镀液中PTFE微粒的润湿性和分散状况均不好,致使所得的复合镀层中FE微粒的含量很少;表面活性剂用量过多时,在镀层中会布满大小不等的泡坑,不但降低镀层的致密性,而且最终也要降低镀层中PTFE微粒的含量,致使复合镀层的质量变差。因此必须选择适量的面活性剂,才能使其在镀液中均匀分散。

3.2结合强度

化学复合镀层与基体材料的结合力是衡量化学镀层质量的重要指标之一。本试验中试样结合力的测定采用的是反复弯曲法,观察镀层是否起皮、脱落。种方法虽然不能测出结合强度的具体数值,但测试过程程非常简单,并且不需要其它的仪器设备,获得的结果已经能够满足本次试验的结合强度的测试要求。选取试验所得的各镀件,测试结果表明,各镀层经剪切、弯曲无起皮、脱落现象。

3.3镀层的金相组织

从图2的6a、6b可看出:在时间相同、PTFE添加相同、表面活性剂添加量不同的情况下,镀层厚厚度不同;说明表面活性剂有提高镀速的作用,前提是添加了适量的表面活性剂,这是因为适量表面活性剂能促进镀速的提高。表面活性剂加入量太少,不能完全包裹纳米粒子,纳米粒子不能均匀分散在镀液中,有些没有被表面活性剂修饰的粒子就会团聚,逐渐沉积在镀液底部,从而降低了悬浮于镀液中的纳米粒子的含量;表面活性剂加入过多,会遮掩工件表面的活性点,共沉积的颗粒就会减少,致使沉积速度减小。


 从图2的7b、8b、12b可以看出:镀层厚度与施镀时间有关,在FE添加量相同,表面活性剂添加量相同的情况下,施镀时间越长,镀层越厚;同时,在2.5h时,反应现象已经不再明显,在镀件表面看不到气泡,说明较好的施镀时间是2.5h,在2.5h内,随着时间的增加,镀层厚度增加。

3.4镀层显微硬度

所测得的试样镀层的显微硬度与基体的硬度105HV相比,镀层的硬度平均在300HV左右,差别比较大,镀层硬度比基体硬度高得多。表明Ni—P一FE复合镀工艺能够获得具有较高硬度镀层。从图3可以看出,在施镀时间相同(2h)时,表面活性剂多的试样的硬度小于表面活性剂少的试样的硬度,因为随着表面活性剂的加人量的增加使PTFE的含量升高,PTFE的含量升高使镀层表面硬度值降低[5]。从图4可以看出,在施镀时间相同(2.5h)时,随着PTFE含量的增加,镀层硬度降低。因为镀层中分布的PTFE粒子较软,容易产生塑性变形,同时降低了镀层的有效承载面积,从而导致镀层硬度下降。

4·结论                                                                                                                                                                                                                                  

(1)在已得到的化学镀液配方中加入FE粒子,所得镀层外观平整,光亮,平均硬度300HV,Ni—P一PTFE化学复合度镀层平均厚度14 m。

(2)施镀过程进行到2.5h时,反应现象已经不再明显,在镀件表面看不到气泡。说明适宜的施镀时间为2.5h。

(3)不同的PTFE添加量可得到不同性能的镀层。通过比较得知,合适的PTFE添加量为5~7L,此时表面复合粒子分布均匀且致密。

(4)在镀液中直接加人PTFE的效果不好,而先进行PTFE的亲水处理,即加入表面活性剂,然后加入到镀液中,PTFE在镀液中悬浮分散效果好。在施镀过程中,还发现表面活性剂多的试样比表面活性剂少的试样反应时间长,说明加入表而活性剂有利于镀层的形成。

参考文献

[1]周啸,尚慧性,杜文义.基体表面状况、表面活性剂浓度对Ni—P一FE化学复合镀层结构的影响[J]材料保护,2000,33(6):1~3.

[2]徐方超,胡三媛,李长林,等.化学复合镀Ni—P—PTFE工艺的试验研究[J].中国农业大学学报,2004,9(3):49~52.

[3]闰康平,陈匡民,贾文,等.表面活性剂在Ni—P—PTFE复合镀中作用研究[J].表面技术,1995,24(3):6~8.

[4]张淑艳,胡三媛.化学复合镀Ni—P一PTFE工艺的试验研究[J].中国农业大学学报,2006,11(2):7O~73.

[5]陈增辉,谢华.Ni—P—PTFE化学复合镀的工艺研究[J].表面技术,2007.36(3):46—48.

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