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        純銅表面納米化后沉積鎳磷合金鍍層的研究

        2017-07-18 16:17:31張瓊
        山東工業(yè)技術(shù) 2017年14期
        關(guān)鍵詞:結(jié)合力耐磨性

        張瓊

        摘 要:純銅經(jīng)過(guò)納米化后,在其表面沉積得到了鎳磷合金層,并對(duì)鍍層的形貌、結(jié)合力、耐磨性等性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)納米化后基體表面鍍層沉積速率較快,且基體與鍍層的結(jié)合力和耐磨性都較好。

        關(guān)鍵詞:純銅表面納米化;結(jié)合力;耐磨性

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.003

        1 前言

        Ni-P化學(xué)鍍層是在外加還原劑的作用下,主鹽中的鎳離子發(fā)生還原反應(yīng),在基體表面沉積為鎳的過(guò)程。目前化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層因其優(yōu)良的性能雖然應(yīng)用較多[1-4],但是主要都是研究鍍層本身的成分、結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響[5-9]?;瘜W(xué)鍍層是因?yàn)榛w材料表面有活化中心才能進(jìn)行沉積的,基體材料的組織結(jié)構(gòu)會(huì)直接影響鍍層的結(jié)構(gòu)和性能。鑒于納米材料一系列的特殊性能[10-12],本試驗(yàn)分別在純銅基體和納米化后的純銅基體表面沉積得到了Ni-P鍍層,通過(guò)XRD、金相顯微鏡、劃痕儀、微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等分析比較了兩種基體表面鍍層的形貌、結(jié)合力和耐磨性等性能。

        2 試驗(yàn)材料與方法

        試驗(yàn)材料選用經(jīng)過(guò)和未經(jīng)過(guò)表面納米化的10mm×10mm×8mm純銅塊,如圖1所示:

        鍍液配方及工藝:硫酸鎳37g/L;次亞磷酸鈉35g/L;檸檬酸鈉30 g/L;氯化銨1mol/L;乳酸16ml/L;溫度80±2℃;PH=7.0;時(shí)間3h。

        通過(guò)金相顯微鏡對(duì)鍍層表面形貌及鍍層厚度進(jìn)行了觀察;采用微摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)試了鍍層的耐磨性能,并用金相顯微鏡觀察了磨損試驗(yàn)后鍍層表面形貌;采用WS-92劃痕儀測(cè)試了鍍層與基體的結(jié)合力。

        3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        3.1 鍍層外觀

        圖2為兩種基體表面化學(xué)鍍Ni-P合金的照片,本實(shí)驗(yàn)化學(xué)鍍液中沒(méi)有加入專(zhuān)門(mén)的有機(jī)光亮劑,從圖中可以看到,在兩種基體表面得到了光亮均勻的化學(xué)鍍層,且鍍層呈銀白色,光亮度很好,表面均勻,無(wú)未覆蓋的部位,無(wú)麻點(diǎn)、針孔,沒(méi)有出現(xiàn)裂紋、起皮、剝落等缺陷。

        3.2 鍍速比較

        本實(shí)驗(yàn)用橫斷面金相法對(duì)沉積速度進(jìn)行比較,在金相顯微鏡下得到了試樣橫截面的照片,如圖3所示,圖a為經(jīng)過(guò)納米化后的純銅基體表面化學(xué)鍍Ni-P樣品截面照片,圖b為純銅基體表面化學(xué)鍍Ni-P樣品截面照片??梢钥吹剑?jīng)過(guò)納米化后的純銅基體表面沉積的鍍層較厚,鍍層厚度約為49.6um,沉積速度約為19.84um/h,與未經(jīng)過(guò)納米化的純銅基體表面沉積的合金層相比,厚約8um。說(shuō)明經(jīng)過(guò)納米化后的純銅基體表面沉積Ni-P合金的速率較快,這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)納米化處理后,基體表面晶粒尺寸變小,單位面積上的催化活性中心增多,所以相同條件下的沉積速率變大。

        3.3 鍍層與基體的結(jié)合力

        本實(shí)驗(yàn)通過(guò)WS-92劃痕儀對(duì)鍍層與基體的結(jié)合力進(jìn)行了測(cè)量,加載速度為100N/M,劃痕長(zhǎng)度5mm。如圖4所示為兩種基體表面鍍層的結(jié)合力曲線,從圖中可以看出:表面經(jīng)過(guò)納米化后的純銅基體與Ni-P鍍層的結(jié)合力比較好,這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)納米化的基體與鍍層之間產(chǎn)生的機(jī)械咬合力較多,使得結(jié)合力增大。另一方面,經(jīng)過(guò)納米化處理后,基體表面會(huì)變得凹凸不平,這也有利于鍍層與基體之間的機(jī)械咬合而增加結(jié)合力。

        圖5為兩種基體表面的鍍層進(jìn)行結(jié)合力測(cè)試后的表面劃痕照片,照片在體式顯微鏡下得到。從圖中可以看到,本實(shí)驗(yàn)得到的鍍層表面平整,沒(méi)有出現(xiàn)脫皮、鼓泡等缺陷,并且劃痕試驗(yàn)后鍍層也均未出現(xiàn)任何剝落和開(kāi)裂現(xiàn)象,說(shuō)明鍍層與基體結(jié)合力很好。同時(shí),還可以看到,經(jīng)過(guò)納米化處理的基體表面沉積的鍍層劃痕更窄更淺,這主要是跟鍍層的硬度有關(guān),一般鍍層越硬,劃痕越不明顯,說(shuō)明經(jīng)過(guò)納米化處理的基體表面沉積的鍍層硬度也比較高。

        3.4 鍍層耐磨性能

        圖6為兩種基體表面鍍層的摩擦磨損曲線,從圖中可以看到經(jīng)過(guò)納米化后的基體表面沉積的鍍層摩擦狀態(tài)更加穩(wěn)定,并且在進(jìn)入穩(wěn)定的摩擦狀態(tài)后,其摩擦系數(shù)也更小,說(shuō)明經(jīng)過(guò)納米化后的基體表面得到的鍍層減摩性能較好。

        圖7為經(jīng)過(guò)納米化處理后基體表面鍍層在摩擦磨損試驗(yàn)后的形貌,從圖中可以看到,鍍層表面只是表面胞狀組織輕微受到磨損,并且磨痕較淺,說(shuō)明經(jīng)過(guò)納米化處理后基體表面鍍層的耐磨性能較好。

        4 小結(jié)

        (1)本實(shí)驗(yàn)在表面經(jīng)過(guò)納米化處理的基體表面也得到了銀白色、光亮、均勻的Ni-P鍍層,并且構(gòu)成鍍層的胞狀組織大小均勻,鍍層結(jié)合致密。

        (2)經(jīng)過(guò)納米化處理后,基體表面沉積Ni-P合金層的速度較快,基體與鍍層的結(jié)合力較好,基體表面沉積的鍍層耐磨性能也較好。

        參考文獻(xiàn):

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