《纺杯镍磷人造金刚石复合化学镀研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纺杯镍磷人造金刚石复合化学镀研究.pdf（2页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、纺织学报第二十二卷第五期3 8 3 【4 7 】 纺杯镍磷人造金刚石复合化学镀研究 李建华1 刘 英3 ( 中原工学院机械工程系，郑州，4 5 0 0 0 7 张启峰2 ) 中原工学院计箅中心) 摘要：在气流妨机的纺杯N - P 一 造金刚石复合化学镀中，研究其撷处理、镀液的成份及施镀上艺过程并计j 它镀液的p H 值、温度、装载量盈热处理等上艺参数。 芙词：纺杯复合化学镀N tP 人造金刚石硬度研究 中田法分类号：r s l 0 47 1文献标识码：A 研究在铝及其台金表面通过化学工艺施镀N i P 合金层，同时在该i P 镀层上施镀均匀分布的人造 金刚石微粒。这样在铝及其合金表面就形成r
2、一层 含有N 一P 一人造金刚石的复合合金层，从而提高了铝 及其合金的物理和机械性能，极大地提高了纺杯的使 用寿命。 l N i P 一人造金刚石复合化学镀工艺研究 ll 纺杯的镀前预处理 11J 现行的镀前预处理工岂由于复合化学镀是 在化学镀的基础上发展起来的新技术，因此，复合化 学镀的技术水平要受到化学镀镍磷技术的影响。 目前，国内外较成熟的预处理丁= 艺有如下两种： 1 ) 铝及铝合金制件一除油一浸蚀一第一次浸锌一硝 酸退除一第二次浸锌一碱性化学镀镍一正常化学镀。 2 ) 铝及铝合金制件一有机溶剂除油一乳化剂除油一 碱蚀一除渣漂白一第一次浸锌一退膜一第二次浸锌 一化学预镀镍一正常化学镀。
3、上述工艺的共同之处 为均经过二次浸锌处理。铝和锌能牢固结合，则铝和 镍是否也能牢固结合，这主要取决于两元素的电负 性、晶体结构的类型和原子半径的大小。 11 2 电负性因素 两种金属的电极电位差越大， 它们之间的化学亲合力越强。铝、锌、镍的电极电位 以及电位差见表1 。镍和铝的电位差为一l4 1 2 ，远远 大于锌和铝的电位差0 _ 8 9 9 ，说明铝和镍原子间的 吸附力( 化学亲合力) 大于铝和锌原子间的化学亲合 力从热力学观点分析，两种金属的电极电位差越大， 反应的驱动力就越大而在铝表面浸镀锌后，再镀镍 时叉形成锌一镍的界面。而锌与镍电位差更小，锌与 镍原子之间的亲合力比铝与锌的亲合力还
4、小，这就使 得镀层面f 临两个结合面的结合力问题。 裹l 铝、镍、锌的电撮电位、晶体结构类型 盘疆电极电位与铝的电位差锌与镩的电位荠 晶体结构 l13 晶体结构类型由金属学、金属物理学的理 论可知，两相的结合其结合力与两相的晶体结构类 型有关，铝的晶体结构为面心立方结构，镍的晶体结 构与铝相同，锌的晶体结构为密排六由，而铝的表面 由于空位、位错等缺陷的存住，使表面处于高能状 态，当品格类型相同的原子在空位处容易被吸附。 l14 原子半径因素目前还不能从理论物理的 角度很精确地计算出原子的尺寸，只能根据钢球模 型和实验数据进行粗略的推算，实际上任何元素的 原子半径都不是不变的，而是受外界条件、原
5、子问结 台力、结合键的模型以及配位数等多种因素的影响 而变化。1 ) 配位数因素：铝和镍的晶体结构相同，都 是面心立方结构，其配位数均为1 2 ，锌的晶体结构 为密排六方结构，而两个品格常数n 和r 轴比r 几 = 1 8 5 6 3 ，围此它的配位数为6 ，如果把铝原子半 径作为10 0 时，锌原子半径的相对值应为O9 6 ，比 铝和镍的原子半径小。2 ) 原子半径与元素周期表的 关系：在每一周期中随着原子序数的增加，由于电子 壳层逐渐被电子填满，原子半径逐渐减小，镍和锌在 同一周期，锌的原子序数比镍大，镍和锌的外壳电子 数分别为1 0 和1 2 ，所以，锌的原子半径比镍小。原 子半径小说明
6、锌原子填充在铝表面的空位处或置换 铝原子后，使晶格发生较大的畸变，结台面的能量 高结合力小。而镍则相反。在锌和镍的结合面处， 同样发生这种情况。 115 镀前预处理工艺经过无数次的试验研究， 终于实现了在铝及其合金表面直接沉积镍层的预处 理工艺：铝或铝合金制件一除油一活化( 酸浸蚀) 一 酸性化学镀镍。该项工艺比现有的工艺节省了多道 工序，该工艺先进、简化，并节省了材料和工时消 耗。 1 2 人造金刚石微粉的镀前预处理 碱( N a O H ) 除油一水洗一1 0 盐酸中和一水洗 一8 0 、5 0 H C l 浸泡一水洗到p H 为7 烘干一备 用。 13 镀液的研制 镀液经L 9 ( 3
7、4 ) 和L 18 ( 6 1 3 6 ) 多次试验研究和 工程应用，证明其对铝及其合金制件均获得很好的 镀层。镀液成份如表2 ( 所选用试剂均为分析纯) ； 该镀液稳定性好，一般来说，还原剂是在使用时才加 入到镀液中，而该镀液在还原荆加入之后，可以长期 放置而不会发生白分散，这就为工程实际应用带来 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【4 8 】t 3 8 4 了方便。在镀液的研制和使用过程中，应掌握的有 关工艺参数如下： 裹2 酸性化学镀镍溶液的组
8、成和工艺条件 镀液成分( g 几) 监工艺条件 硫酸镶( N I s O 。6 ，0 ) 次亚瞵艘钠( N 8 2 H P ( ) 2 H 2 0 ) 乳酸( c 3 地o ，) 8 0 ( m l 几) 乙酸钠( N a 岛H ，0 二) 添加荆I ( m 】L ) 捧加荆1 1 ( m I L ) p H 值 温度( ) 沉积速度( m h ) 装载比( d m 2 ，L ) C P 2 0 2 0 1 5 1 0 5 0 5 0 505 4 9 2 3 2 l3l p H 值化学镀镍的成份按p H 值可分为两 大类型，p H 值为35 6 者为配性镀液，p H 值为7 l l 者为碱性镀
9、液。由于碱性镀液的镀层中含磷 较少，对提高镀层的硬度和耐磨性不利。因此，为了 提高镀层的硬度和耐磨性，我们主要研究了酸性镀 液。镀液的p H 值对化学镀镍过程的影响很重要。 当酸性化学镀镍的p H 值增大时，能使镀层沉积速 度加快，当p H 值 6 时，次亚 磷酸钠氧化为亚磷酸，催化反应转化为自发反应，这 时镀液会很快失效，因此，酸性化学镀镍溶液维持在 一定p H 值范围内是很重要的，一般控制在4 O 5 O 较为合适。 l32 镀液温度温度对沉积速度影响很大温度 越高沉积速度越快。例如酸性镀液温度低于6 0 ( p H 为4 5 ) 时反应极慢，甚至不发生沉积，而在 8 0 以上时，沉积反应
10、才能正常进行，自8 0 9 0 时，沉积速度上升6 0 左右，温度再升高1 0 ， 镍的沉积速度又可提高3 0 4 0 。但必须注意： 温度大于9 5 时，将大大降低镀液的稳定性。而且 会导致镀液严重的自然分解。因此镀液的温度一般 控制在8 5 9 2 为宜。在施镀过程中，温度要严 格控制，最好维持镀液的工作温度变化在i2 内， 因为沉积层中的磷含量会随温度的变化而变化。若 施镀过程中温度波动过大，会发生片状镀层，镀层质 量不好，并会影响结合力。 133 镀液装载量镀液的装载量也叫负荷，若过 高或过低，都会直接影响镀层的沉积速度和镀液的 稳定性。装载过高，反应进行过于激烈时，镍颗粒可 能从镀层
11、上脱落到镀液中，形成自催化还原中心，加 速溶液的自分解，另一方面要避免溶液空载时间过 长。一般化学镀镍装载量控制在l d m 2 L 较为台 适。 14 施镀 施镀的基体 材料为纺杯( 硬 铝) L Y l l ，将表 面活化后的工件 附围镀层的金相组织( 4 0 0 。) 立即放入镀液 中，同时，将一定量预处理后的人造金刚石微粒也放 人镀液中，并使镀液保持在8 5 9 2 之间，在施 镀过程中，要对镀液进行搅拌，以保证镀层中人造金 刚百微粒均匀分布。 纺杯经过N i _ P人造金刚石复合化学镀后， 纺杯表面沉积有N I _ P 人造金刚石复合镀层。该 镀层的金相组织如附图所示， 2 工件镀后
12、的热处理 未经热处理的镀层为非晶态的无定型结构，在 热处理过程中，镍磷镀层中原子扩散聚集与镍形成 N i ，P 第二相析出，同时，镍原子通过扩散按照面心 立方点阵结构排列转化成晶体。随着温度的不断升 高，N i ，P 相由共格到脱溶析出，以及析出量的不断 增加，镍原子由非晶态向晶态固溶体的转化，硬度也 随之卜升。由于第二相N i ，P 刚刚析出时，造成品格 畸变产生强化作用，当第二相N i P 脱溶析出后呈弥 散分布，产生弥散强化作用。尚有一些微晶区域的 存在，引起畸变也可产生强化作用。因此，热处理后 镀层硬度迅速增高，当温度升高到4 0 0 时，硬度达 到最高值温度继续上升，析出的N i ，
13、P 相开始聚集 粗化，导致硬度随之下降。热处理时间对镀层硬度 的影响和温度的作用一样，所以，延长热处理时间， 也可获得同样的硬度变化效果。 3 结论 对纺杯进行N i P人造金刚石复合化学镀 后，镀层厚度均匀，镀层与基体具有很好的结合力。 其复合镀层的N i P 一镀层硬度达H V o19 0 0 1 0 0 0 ，由于在该镀层上均匀地分布有人造金刚石微 粒，而人造金刚石微粒的显微硬度为H V o1 8 0 0 0 ，这 就使镀层的平均硬度达到H v 。1 9 8 2 。从而极大地 提高了纺杯的硬度和耐磨性，延长了使用寿命。 参考文献 1黄高山酸性化学镀镍一磷工艺研究电镀与涂饰，2 0 0 l ( 2 ) ：1 9 2 阳范文N - P s - c 化学复合镀研究桂林工学院学报1 9 9 8 ( 2 ) ：9 1 1 3 董丽珠化学镀MP 台金新技术在T 业和烟草机械中的应用 云南冶金，1 9 9 9 ( 3 ) ：2 3 4 张文忠化学镀镰磷合金研究进展宇航材料工艺，1 9 9 8 ( 6 ) ：1 2 5 黄新民化学复舍檀工艺研究表面技术，1 9 9 6 ( 4 ) ：2 4 2 7 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark