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化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE的工艺优化及镀层性能研究

作　者: 江茜
导　师: 朱焱
学　校: 武汉理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 化学镀络合剂表面活性剂复合镀层双镀层镀层性能
分类号: TQ153.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

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,确定了阳离子型表而活性剂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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-26
  1.1 引言  10
  1.2 化学镀技术的产生与发展  10-11
  1.3 化学镀镍技术概述  11-16
    1.3.1 化学镀技术概述  11-12
    1.3.2 化学镀镍的基本原理  12
    1.3.3 化学镀镍的镀液组成  12-13
    1.3.4 化学镀镍的特点  13-14
    1.3.5 化学镀镍的应用  14-16
    1.3.6 多元化学镀镍基合金  16
  1.4 化学复合镀概述  16-21
    1.4.1 化学复合镀沉积机理  17-18
    1.4.2 化学复合镀的特点及应用  18-21
  1.5 化学复合镀Ni-P-PTFE合金  21-23
    1.5.1 PTFE的特性  21-22
    1.5.2 Ni-P-PTFE复合镀层的特性  22-23
  1.6 络合剂作为添加剂在化学镀中的应用  23
  1.7 表面活性剂作为添加剂在化学镀中的应用  23-24
  1.8 本论文研究的目的、意义及内容  24-26
    1.8.1 研究目的及意义  24-25
    1.8.2 研究的内容  25-26
第2章含硼酸的复合络合剂对化学镀镍的影响研究  26-41
  2.1 引言  26
  2.2 实验材料及仪器  26-27
  2.3 化学镀Ni-P工艺流程  27
  2.4 试片前处理  27-28
  2.5 镀液配制及施镀  28-29
    2.5.1 镀液配制步骤  28-29
    2.5.2 酸性化学镀Ni-P工艺条件  29
    2.5.3 施镀  29
  2.6 镀层性能及结构测定  29-32
    2.6.1 键液稳定性测试  30
    2.6.2 沉积速率  30
    2.6.3 孔隙率的测定  30-31
    2.6.4 镀层成分的分析  31
    2.6.5 镀层形貌及微观结构  31
    2.6.6 镀层结合强度测试  31-32
    2.6.7 耐蚀性能的测定  32
  2.7 结果与讨论  32-40
    2.7.1 镀液稳定性测试  33
    2.7.2 不同络合剂对镀速的影响  33-36
    2.7.3 Ni-P镀层性能研究  36-40
  2.8 本章小结  40-41
第3章表面活性剂对Ni-P-PTFE复合镀的影响研究  41-52
  3.1 引言  41
  3.2 实验材料及仪器  41-43
  3.3 化学复合镀Ni-P-PTFE工艺流程  43
  3.4 试片前处理  43
  3.5 镀液配制及施镀  43-44
    3.5.1 酸性化学复合镀Ni-P-PTFE工艺条件  43-44
    3.5.2 镀液配制步骤  44
    3.5.3 施镀  44
  3.6 镀层性能及结构测定  44
  3.7 结果与讨论  44-51
    3.7.1 镀液稳定性测试  44-45
    3.7.2 不同表面活性剂对镀速的影响  45-49
    3.7.3 Ni-P镀层性能研究  49-51
  3.8 本章小结  51-52
第4章化学复合镀Ni-P-PTFE的工艺及性能研究  52-62
  4.1 引言  52
  4.2 实验材料及仪器  52-53
  4.3 化学镀Ni-P-PTFE工艺流程  53
  4.4 试片前处理  53
  4.5 镀液配制及施镀  53
  4.6 化学镀Ni-P-PTFE工艺条件的优化  53-54
  4.7 镀层性能及结构测定  54-55
    4.7.1 沉积速率  54
    4.7.2 镀层形貌测试  54
    4.7.3 渡层耐t虫性能的测定  54
    4.7.4 镀层硬度测试  54-55
    4.7.5 镀层摩擦磨损性能测试  55
  4.8 结果与讨论  55-61
    4.8.1 正交试验结果及分析  56-58
    4.8.2 镀层性能测试结果  58-61
  4.9 本章小结  61-62
第5章化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE工艺及镀层性能研究  62-69
  5.1 引言  62
  5.2 实验材料及仪器  62-63
  5.3 化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层工艺流程  63
  5.4 试片前处理  63-64
  5.5 键液配制及施键  64
    5.5.1 酸性化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE工艺条件  64
    5.5.2 镀液配制步骤  64
  5.6 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层性能测试  64-65
  5.7 结果与讨论  65-68
    5.7.1 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层硬度测试  65
    5.7.2 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层结合强度测试  65-66
    5.7.3 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层孔隙率测定  66-67
    5.7.4 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层耐蚀性能测试  67
    5.7.5 Ni-P/Ni-P-PTFE双镀层摩擦磨损性能测试  67-68
  5.8 本章小结  68-69
第6章结论  69-71
参考文献  71-76
攻读硕士期间发表的论文  76-77
致谢  77

化学复合镀Ni-P/Ni-P-PTFE的工艺优化及镀层性能研究

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