CN102002692B - 化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺 - Google Patents
化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明所述的种化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺,是以化学镀Ni-P合金工艺为基础,在45号钢基体上通过二次施镀制备Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层;具体工艺步骤为:1、选择镀液原料;2、除油除锈;3、超声清洗;4、盐酸活化;5、一次施镀;6、水洗;7、二次施镀;8、水洗;9检测试样性能。本发明化学镀的方法制备具有良好摩擦性能的Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层,具有表面无孔、自润滑、摩擦系数适中、磨损率小的特点。
Description
技术领域
本发明所述的化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺涉及一种新的耐磨复合镀层制备,更具体地说,涉及一种化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺。
背景技术
目前化学镀Ni-P合金镀层有良好的均镀性、稳定性、耐蚀性、可焊性以及结合强度较高,孔隙率较少等优点,因而在化工、国防、精密仪器制造等行业得到了广泛应用,但是在干摩擦条件下,Ni-P合金镀层的摩擦性能较差,难以发挥其耐磨性。而PTFE具有优异的自润滑性、耐蚀性、耐高低温性能,同时具有良好的化学稳定性、介电性能及优异的不粘性,在材料科学领域得到了广泛应用。尤其是与其他聚合物相比较,PTFE粒子具有较低的摩擦系数(0~0.05),所制备的复合镀层已成功应用于许多行业。针对PTFE的性能特点,在原有化学镀Ni-P镀层的基础上制备Ni-P-PTFE自润滑复合镀层,可以有效的提高Ni-P镀层的耐磨性能。作为耐磨性镀层要求镀层应该有较高的硬度,非晶态的Ni-P镀层硬度较高,但是对于化学镀Ni-P-PTFE复合镀层的硬度比Ni-P镀层的低,所以在Ni-P镀层上制备Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层可以达到高硬度和耐磨性目的。针对上述现有技术中所存在的问题,研究设计一种新型的化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层及制备方法,从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题,本发明的目的是研究设计一种新型的化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺,从而解决目前化学镀Ni-P合金镀层在干摩擦条件下,Ni-P合金镀层的摩擦性能较差,难以发挥其耐磨性等问题。
本发明公开一种化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺,在45号钢基体上通过一次施镀制备Ni-P合金镀层的前提下,进行二次施镀制备Ni-P-PTFE镀层,开发出具有耐磨、自润滑性质的复合镀层,实现有效的耐磨、减磨的目的。
本发明主要研究了工艺参数对镀层摩擦学性能的影响规律,含有Ni2+,H2PO2-,PO4 3+等的主盐、络合剂、添加剂、表面活性剂等组成的镀液对基体表面沉积过程的影响,复合镀层PTFE含量成对耐磨性的影响等。通过上述研究及实验,最终在试件表面获得厚度为10-100μm、结合力达到60-90N,硬度800HV以上,具有耐磨和自润滑性质的复合镀层;进而使得镀层的耐耐磨有明显的改善。
本发明所述的化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺,是在45号钢基体上制备出Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层,复合镀层由表面向基体依次由Ni-P-PTFE镀层和Ni-P镀层构成,所述的化学镀制备Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的工艺步骤如下:
第一步、选择镀液原料;
硫酸镍纯度>99%;次亚磷酸钠纯度>98%;苹果酸纯度>98%;柠檬酸纯度>99.5%;乳酸纯度>90%;氨基乙酸纯度>99%;乙二氨纯度>99.9%;PTFE纯度>98%;活性剂为FC-134纯度>90%;硫脲纯度>98%;
第二步、除油除锈;
第三步、超声清洗;
第四步、盐酸活化;
第五步、一次施镀:硫酸镍20-30g/L、次亚磷酸钠20-30g/L、苹果酸5-10g/L,柠檬酸5-10g/L、乳酸2-6ml/L、氨基乙酸20-30g/L,PH:4-6、温度80℃-90℃、时间1h;
第六步、水洗;
第七步、二次施镀:硫酸镍30-40g/L,次亚磷酸钠30-40g/L,乙二氨20-40g/L,PTFE 10-30g/L,柠檬酸10-15g/L,FC-13410-16g/L,硫脲2-8g/L,PH:6-7,温度85-95℃,时间2h;
第八步、水洗;
第九步、性能测试:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为10-100μm,结合力达到70-90N,硬度800-1500HV,摩擦系数为0.05-0.20;磨损率为1×10-6g.N-1.m-1-5×10-6g.N-1.m-1。
本发明由于采用化学沉积的方法,制备了Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层,改变了单一Ni-P镀层的耐磨性差的缺点,同时改善了Ni-P-PTFE镀层硬度低的缺点。在原有Ni-P合金基础上制备出具有高硬度和自润滑性的耐磨复合结构镀层。
通过进行温度、PH值、铬合剂、表面活性剂等工艺条件对镀层结构、成分、结合力、摩擦系数和磨损率影响的实验研究,提出了优化的工艺配方体系。同时该技术工艺稳定、操作简便、投资少、易于实现自动化控制和批量生产。
本发明所述的化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺具有以下优点:
(1)化学镀方法工艺简单、成本低、效率高,能耗低、适合批量生成;
(2)化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层内层为结合力和硬度高的Ni-P非晶态镀层,外层为磨损率小的自润滑Ni-P-PTFE复合镀层;
(3)制备的新型Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层除本身耐磨外,润滑组元的存在还可以实现自润滑,起到减磨的作用;
(4)制备的新型Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层可以在无润滑的环境下使用。
附图说明
本发明共有一幅附图,
图1是镀层结构示意图。
图中:1、Ni-P-PTFE镀层 2、Ni-P镀层 3、基体。
具体实施方式
本发明的具体实施例如下:所述的附图1是镀层结构示意图,图中在基体3上一次施镀是Ni-P镀层2,二次施镀是Ni-P-PTFE镀层1。
实施例1:
所述镀液配置:
一次施镀:硫酸镍20g/L、次亚磷酸钠20g/L、苹果酸5g/L、柠檬酸5g/L、乳酸2ml/L、氨基乙酸20g/L、PH为4.0、温度80℃、时间1h;
二次施镀:硫酸镍30g/L,次亚磷酸钠30g/L,乙二氨20g/L,PTFE10g/L,柠檬酸10g/L,活性剂为FC-13410g/L,硫脲2g/L,PH值6,温度85℃,时间2h。
复合结构镀层的性能:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为10μm,结合力达到70N,硬度HV800,摩擦系数为0.20;磨损率为5×10-6g.N-1.m-1。
实施例2
所述镀液配置:
一次施镀:硫酸镍30g/L、次亚磷酸钠30g/L、苹果酸10g/L、柠檬酸10g/L、乳酸6ml/L、氨基乙酸30g/L、PH为6.0、温度90℃、时间1h;
二次施镀:硫酸镍40g/L,次亚磷酸钠40g/L,乙二氨40g/L,PTFE30g/L,柠檬酸15g/L,活性剂为FC-13416g/L,硫脲8g/L,PH值7,温度95℃,时间2h。
复合结构镀层的性能:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为100μm,结合力达到90N,硬度HV1500,摩擦系数为0.05;磨损率为1×10-6g.N-1.m-1。
实施例3
所述镀液配置:
一次施镀:硫酸镍25g/L、次亚磷酸钠25g/L、苹果酸8g/L、柠檬酸8g/L、乳酸4ml/L、氨基乙酸25g/L、PH为5、温度85℃、时间1h;
二次施镀:硫酸镍35g/L,次亚磷酸钠35g/L,乙二氨30g/L,PTFE 20g/L,柠檬酸12g/L,活性剂为FC-13412g/L,硫脲6g/L,PH值7,温度90℃,时间2h。
复合结构镀层的性能:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为80μm,结合力达到80N,硬度HV1000,摩擦系数为0.05;磨损率为2×10-6g.N-1.m-1。
实施例4
所述镀液配置:
一次施镀:硫酸镍22g/L、次亚磷酸钠28g/L、苹果酸8g/L、柠檬酸7g/L、乳酸4ml/L、氨基乙酸28g/L、PH为5.0、温度86℃、时间1h;
二次施镀:硫酸镍36g/L,次亚磷酸钠32g/L,乙二氨32g/L,PTFE 22g/L,柠檬酸12g/L,活性剂为FC-13412g/L,硫脲4g/L,PH值6,温度90℃,时间2h。
复合结构镀层的性能:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为50μm,结合力达到85N,硬度HV1000,摩擦系数为0.15;磨损率为3×10-6g.N-1.m-1。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
具体实施例工艺参数见表1
具体实施例材料性能见表2
表1
续表1
表2
Claims (1)
1.一种化学镀Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层的制备工艺,在45号钢基体上制备出Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层,复合镀层由表面向基体依次由Ni-P-PTFE镀层和Ni-P镀层构成,其特征在于所述的化学镀制备Ni-P/Ni-P-PTFE复合结构镀层及制备工艺步骤如下:
第一步、选择镀液原料;
硫酸镍纯度>99%;次亚磷酸钠纯度>98%;苹果酸纯度>98%;柠檬酸纯度>99.5%;乳酸纯度>90%;氨基乙酸纯度>99%;乙二氨纯度>99.9%;PTFE纯度>98%;活性剂为FC-134纯度>90%;硫脲纯度>98%;
第二步、除油除锈;
第三步、超声清洗;
第四步、盐酸活化;
第五步、一次施镀:硫酸镍20-30g/L,次亚磷酸钠20-30g/L,苹果酸5-10g/L,柠檬酸5-10g/L,乳酸2-6ml/L,氨基乙酸20-30g/L,PH 4-6、温度80℃-90℃,时间1h;
第六步、水洗;
第七步、二次施镀:硫酸镍30-40g/L,次亚磷酸钠30-40g/L,乙二氨20-40g/L,PTFE 10-30g/L,柠檬酸10-15g/L,活性剂为FC-13410-16g/L,硫脲2-8g/L,PH 6-7,温度85-95℃,时间2h;
第八步、水洗;
第九步、性能测试:所述复合结构镀层完全无孔,厚度为10-100μm,结合力达到70-90N,硬度800-1500HV,摩擦系数为0.05-0.20;磨损率为1×10-6g.N-1.m-1-5×10-6g.N-1.m-1。
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