脈沖電沉積Cu-Sn-PTFE-Cu-Sn-Ni-PTFE復合鍍層及其性能研究.pdf

1、材料的摩擦磨損導致能源和資源浪費、設備失效等問題的產(chǎn)生，造成極大的損失，因此減小摩擦、降低磨損成為表面工程領域的重要研究課題。銅錫合金因其優(yōu)異的性能是電沉積耐磨減摩復合鍍層中常用的基質(zhì)金屬，然而目前的研究多采用直流電鍍和對人員、環(huán)境危害較大的氰化物鍍液，使用脈沖電流和無氰鍍液的研究則相對較少。本文使用脈沖電鍍的方法，在焦磷酸鹽-錫酸鹽鍍液中制備了具有減摩耐磨功能的Cu-Sn-PTFE復合鍍層，并在其基礎上制備Cu-Sn-Ni-PTFE復

2、合鍍層以進一步提高鍍層的性能。
　　本文首先配制Cu-Sn二元合金和Cu-Sn-Ni三元合金鍍液，采用表面活性劑配合機械分散的方法制得納米級PTFE顆粒分散液，并將其加入鍍液中形成顆粒分散均勻、狀態(tài)穩(wěn)定且性能優(yōu)異的復合鍍液，然后設計實驗方案并制備復合鍍層，采用控制變量法，分別以脈沖電流密度、頻率、占空比和鍍液中 PTFE加入量作為參數(shù)變量制備Cu-Sn-PTFE鍍層，再分別以鍍液中鎳離子濃度和PTFE加入量作為參數(shù)變量制備Cu-S

3、n-Ni-PTFE鍍層。為了研究鍍層的性能，對鍍層的組織成分、表面形貌、顯微硬度、耐腐蝕性、沉積速率和摩擦學性能進行了測試和分析，研究工藝參數(shù)對鍍層性能的影響，并獲得性能最為優(yōu)異的Cu-Sn-PTFE和Cu-Sn-Ni-PTFE復合鍍層。
　　研究結果表明，實驗使用的復合鍍液和工藝過程及參數(shù)能夠獲得質(zhì)量、性能優(yōu)異的Cu-Sn-PTFE和Cu-Sn-Ni-PTFE復合鍍層，鍍層與基體結合良好，均勻平整且缺陷少，PTFE顆粒均勻分布于

4、鍍層中。對鍍層成分進行 EDS分析發(fā)現(xiàn)，鍍層中 F元素比重在1％~3%之間，隨著鍍液中PTFE顆粒濃度的升高，鍍層中PTFE顆粒的含量呈先增大后減小的變化趨勢，Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層中Ni元素的比重為1.5%~3.5%，并隨著鍍液中鎳離子濃度的增加而逐漸上升。XRD物相分析表明，Cu-Sn-PTFE鍍層中金屬元素主要以銅單質(zhì)和銅錫合金的形式存在，而Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層中主要存在的金屬形式為銅單質(zhì)、銅錫合金、錫鎳合金和銅

5、錫鎳合金。
　　通過 SEM觀察鍍層形貌發(fā)現(xiàn)，鍍層表面均勻平整，晶粒細致且組織均勻，未發(fā)現(xiàn)燒焦、星塵、麻點和漏鍍等缺陷。當鍍液中鎳離子濃度高于0.1mol/L時，Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層的晶粒隨鎳離子濃度的增加而逐漸變大。沉積速率的計算結果表明，Cu-Sn-PTFE鍍層的沉積速率主要受電流參數(shù)影響，而對于Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層，鎳離子的加入使其沉積速率低于Cu-Sn-PTFE鍍層，并隨著鎳離子濃度的增加而逐漸降低。<

6、br>　　測試鍍層的硬度發(fā)現(xiàn)，使用脈沖電鍍可以獲得硬度較高的Cu-Sn-PTFE鍍層，在合適工藝參數(shù)下鍍層硬度最大值可達HV383，而Ni元素的加入使Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層的硬度高于Cu-Sn-PTFE鍍層，并隨著鍍液中鎳離子濃度的升高而呈先增大后減小的變化，最大值為HV421。使用電化學工作站測得鍍層的Tafel曲線，分析發(fā)現(xiàn)脈沖電流制備的Cu-Sn-PTFE鍍層具有較好的耐腐蝕性，在合適工藝參數(shù)下鍍層最小腐蝕電流密度僅為8.

7、822×10-6A·cm-2，而加入Ni元素后制備的Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層，其耐腐蝕性整體上優(yōu)于Cu-Sn-PTFE鍍層。
　　鍍層的摩擦學性能在摩擦磨損實驗機進行測試，結果表明PTFE顆粒的加入使復合鍍層具有優(yōu)異的耐磨減摩性能，在一定工藝條件下制備的Cu-Sn-PTFE鍍層摩擦系數(shù)僅為0.1，并且磨損量非常小。Ni元素的加入使 Cu-Sn-Ni-PTFE鍍層的耐磨性優(yōu)于Cu-Sn-PTFE鍍層，但其摩擦系數(shù)較后者略有增加