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Ni-P-PTFE复合镀层工艺及性能研究

作　者: 王博
导　师: 杜宝中
学　校: 西安理工大学
专　业: 应用化学
关键词: 复合电镀 Ni-P-PTFE复合镀层稀土元素电化学阻抗谱性能测试
分类号: TQ153
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-23
  1.1 复合电镀  9-17
    1.1.1 复合电镀的起源  10-11
    1.1.2 复合电镀的特点  11-12
    1.1.3 复合电镀层的分类及其应用  12-13
    1.1.4 复合电沉积机理  13-15
    1.1.5 复合镀层的制备方法  15
    1.1.6 影响复合镀层形成的因素  15-17
  1.2 稀土元素  17-21
    1.2.1 稀土元素概述  17-18
    1.2.2 稀土元素在镀Ni-P合金中的应用  18-19
    1.2.3 稀土提高沉积速度的途径  19-20
    1.2.4 稀土提高镀层耐蚀性的机理  20
    1.2.5 稀土提高析氢电催化活性的机理  20
    1.2.6 稀土在电化学中的应用前景  20-21
  1.3 本文研究的意义及主要内容  21-23
    1.3.1 研究意义  21
    1.3.2 研究内容  21-23
2 实验部分  23-35
  2.1 仪器  23
  2.2 药品  23
  2.3 实验方法  23-24
  2.4 电沉积机理  24-25
  2.5 镀液中各成分作用和影响  25-26
  2.6 复合电镀液配制  26-27
  2.7 镀件表面前处理  27-28
    2.7.1 镀前处理的重要性  27
    2.7.2 镀前处理常用方法  27
    2.7.3 镀前处理步骤  27-28
  2.8 工艺流程  28-29
  2.9 PTFE微粒的分散  29-30
    2.9.1 PTFE微粒在镀液中的性质  29
    2.9.2 分散方法的选择  29-30
    2.9.3 分散效果的评价  30
  2.10 复合镀层的性能检测  30-35
    2.10.1 镀层形貌表征  30
    2.10.2 镀层中各成分含量的测定  30-31
    2.10.3 镀层的耐磨性和减摩性试验  31
    2.10.4 镀层厚度  31
    2.10.5 沉积速率和PTFE复合量  31-32
    2.10.6 表面光亮度  32
    2.10.7 镀层附着强度  32
    2.10.8 孔隙率试验  32-33
    2.10.9 Tafel曲线法  33
    2.10.10 电化学阻抗谱(EIS)  33
    2.10.11 全浸泡试验  33-35
3 结果与讨论  35-51
  3.1 PTFE微粒在镀液中的分散  35-37
    3.1.1 分散方式对PTFE分散均匀性的影响  35
    3.1.2 分散方式对PTFE分散稳定性的影响  35-37
    3.1.3 小结  37
  3.2 复合电镀影响因素的分析  37-51
    3.2.1 稀土对电沉积的影响  38-42
    3.2.2 次亚磷酸钠对镀层成分含量的影响  42-43
    3.2.3 阴极电流密度对电沉积的影响  43-45
    3.2.4 搅拌速度对电沉积的影响  45-46
    3.2.5 镀液pH对电沉积的影响  46-47
    3.2.6 PTFE加入量对电沉积的影响  47-48
    3.2.7 镀液温度对电沉积的影响  48-50
    3.2.8 小结  50-51
4 镀层性能检测  51-63
  4.1 镀层的附着强度  51
  4.2 镀层的光亮度  51
  4.3 镀层的孔隙率  51-52
  4.4 全浸泡试验  52
  4.5 腐蚀电化学行为  52-58
    4.5.1 Tafel曲线  52-55
    4.5.2 电化学阻抗谱分析(EIS)  55-58
  4.6 复合镀层表面形貌分析  58-59
  4.7 镀层耐磨性研究  59-60
  4.8 镀层减摩性研究  60-61
  4.9 复合镀层中各成分含量的测定  61-62
  4.10 小结  62-63
5 结论与建议  63-65
  5.1 结论  63
  5.2 建议  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-73
附录  73

Ni-P-PTFE复合镀层工艺及性能研究

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