亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        聚醚醚酮化學(xué)鍍Ni-P 及Ni-Cu-P 鍍層微觀結(jié)構(gòu)及性能對(duì)比研究

        2023-06-05 08:21:40周柏玉
        材料保護(hù) 2023年5期
        關(guān)鍵詞:聚醚醚酮化學(xué)鍍鍍液

        周柏玉

        (郴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院現(xiàn)代裝備制造學(xué)院,湖南 郴州 423000)

        0 前 言

        聚醚醚酮(PEEK)及其復(fù)合材料這種特種工程塑料因具有優(yōu)異的耐熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性、阻燃性、耐疲勞性和高的比強(qiáng)度等特性,在航空航天、汽車、電子電氣領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。然而無論是聚醚醚酮本身還是經(jīng)摻雜改性后的聚醚醚酮復(fù)合材料,其導(dǎo)電性相對(duì)金屬而言還相差甚遠(yuǎn)。導(dǎo)電性差而造成其對(duì)電磁波的屏蔽效果差的缺點(diǎn),使得聚醚醚酮及其復(fù)合材料在電子電氣領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

        為了解決聚醚醚酮電磁屏蔽效果差的問題,本團(tuán)隊(duì)利用化學(xué)鍍技術(shù)在聚醚醚酮表面沉積了一層Ni-P二元合金[2,3],鍍Ni-P 后的聚醚醚酮展現(xiàn)出了良好的耐蝕性和優(yōu)異的電磁屏蔽性能。但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)Ni-P 鍍層容易在空氣中因氧化而失去光澤,且因硬度不高,在與其他零件相互作用時(shí)會(huì)出現(xiàn)磨損。為了提高Ni-P 鍍層的性能,滿足化學(xué)鍍鍍層的更高使用要求,常在Ni-P 鍍液中引入Cu、W、Co、Mo 等第三元素[4-7]。研究發(fā)現(xiàn),在Ni-P 鍍液中引入Cu 元素獲得的Ni-Cu-P 三元合金相對(duì)于Ni-P 二元合金具有更好的耐磨性、耐蝕性和導(dǎo)電性[8]。研究還發(fā)現(xiàn),Cu 元素在化學(xué)鍍過程中既可以是穩(wěn)定劑又可能是催化劑[9,10],起穩(wěn)定劑作用時(shí),將抑制Ni 元素的沉積,使鍍層更為均勻和致密;起催化劑作用時(shí),將加速Ni 元素的沉積,惡化鍍層形貌。材料的性能是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的,因Cu 元素對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)的影響是多變的,所以Cu 元素對(duì)鍍層性能的影響也會(huì)存在多種可能。上述關(guān)于Ni-Cu-P鍍層性能的研究中,硫酸銅(CuSO4·5H2O)的濃度都較高,且多集中在對(duì)比Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層在鹽或堿溶液中的耐蝕性,而關(guān)于Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層在HNO3溶液中的耐蝕性的對(duì)比研究還未見到。為此,本工作在Ni-P 鍍液中加入低濃度CuSO4·5H2O(0.400 g/L),探索了低濃度CuSO4·5H2O 對(duì)鍍層沉積速率及結(jié)構(gòu)的影響,對(duì)比研究了Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的耐磨性和電磁屏蔽性能以及在3.5%NaCl 和16.8%HNO3溶液中的電化學(xué)性能。

        1 試 驗(yàn)

        1.1 原 料

        基體材料選擇由吉大特塑工程研究有限公司提供的碳纖維(CFS)體積分?jǐn)?shù)為30%、經(jīng)壓模成型制備而成的碳纖維增強(qiáng)聚醚醚酮,尺寸為φ100 mm×2 mm,基體材料使用丸粒尺寸為150 目的石英砂進(jìn)行噴丸處理。將試樣切成尺寸為15 mm×20 mm×2 mm 的小試樣,在長(zhǎng)度為15 mm 邊一側(cè)中間位置打φ2 mm 通孔用于懸掛。

        1.2 化學(xué)鍍前處理

        化學(xué)鍍Ni-P 和Ni-Cu-P 前處理工藝相同,均為:除油→粗化→敏化→活化。

        除油液成分和處理?xiàng)l件為:NaOH(80 g/L)+Na2CO3(60 g/L)+Na3PO4(47 g/L),85 ℃浸泡10 min,取出后去離子水清洗。粗化液成分和處理?xiàng)l件為:HF(100 mL/L)+H2SO4(100 mL/L),常溫浸泡2 min,取出后去離子水清洗。敏化液成分和處理?xiàng)l件:SnCl2(30 g/L)+HCl(50 mL/L),常溫浸泡8 min?;罨撼煞趾吞幚?xiàng)l件:PaCl2(0.5 g/L)+HCl(8 mL/L),常溫浸泡5 min。

        1.3 化學(xué)鍍Ni-P 和Ni-Cu-P

        化學(xué)鍍Ni-P 和Ni-Cu-P 施鍍溫度均為70~85 ℃,pH 值均為4.1~6.6,施鍍時(shí)間均為120 min?;瘜W(xué)鍍Ni-P和Ni-Cu -P 的化學(xué)鍍工藝條件一致,化學(xué)鍍Ni-Cu-P的鍍液為僅在化學(xué)鍍Ni-P 鍍液中加入了0.400 g/L 的CuSO4·5H2O,具體配方如表1 所示。鍍液所需試劑均為分析純。

        1.4 性能測(cè)試

        1.4.1 沉積速率分析

        鍍層沉積速率采用稱重法分析,如公式1 所示。

        式中v——鍍速,μm/h 或μm/min

        Δm——施鍍前后樣品的質(zhì)量差,g

        A——尺寸為15 mm×20 mm×2 mm 小試樣的表面積,cm2

        ρ——鍍層的密度,g/cm3,本工作近似取8.0 g/cm3

        t——施鍍時(shí)間,單位為h 或min

        1.4.2 物相分析

        采用JEOL JSM-5310 型掃描電鏡(加速電壓為10~25 kV,束斑直徑為2~3 mm,探測(cè)深度為2~3 mm)觀察鍍層表面形貌,用其自帶的INC250 型能譜儀(EDS)分析鍍層的成分。采用Dymax 型X 射線衍射儀[銅靶Kα 線,電壓50 kV、電流300 mA、掃描速度4(°)/min、步長(zhǎng)0.02°]分析鍍層的物相結(jié)構(gòu)。

        1.4.3 硬度、粗糙度及耐磨性測(cè)試

        用VMH-002V 型顯微硬度計(jì)測(cè)量鍍層的硬度,載荷為0.98 N,保壓時(shí)間15 s;采用TR300 型表面粗糙度儀測(cè)試鍍層表面的粗糙度Ra。硬度及粗糙度均取3 組試樣,每個(gè)試樣測(cè)量3 次,取3 次測(cè)量結(jié)果的平均值。在MM-200 磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行鍍層磨損試驗(yàn)。對(duì)磨試樣為Φ30 mm 的GCr15 淬火鋼環(huán),磨損所加載荷為30 N,轉(zhuǎn)速為200 r/min,每磨損5 min 取下試樣用電子天平稱重,總磨損時(shí)間為30 min。

        1.4.4 電化學(xué)性能測(cè)試

        采用美國(guó)Princeton 應(yīng)用研究公司生產(chǎn)的電化學(xué)綜合測(cè)試系統(tǒng)—versaSTAAT3 測(cè)量鍍層的極化曲線和電化學(xué)阻抗譜,分別在3.5%NaCl 和16.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HNO3溶液中測(cè)試鍍層的電化學(xué)性能。采用傳統(tǒng)的三電極體系,以面積為1 cm×1 cm 的鉑電極為輔助電極,飽和甘汞電極為參比電極,測(cè)試面積為0.49 cm2的試樣作為工作電極。測(cè)試前將試樣浸入測(cè)試溶液中靜置15 min,以獲得穩(wěn)定的開路電壓。極化曲線測(cè)試的電壓范圍為±250 mV(相對(duì)于開路電壓),電位掃描速度為50 mV/min。

        1.4.5 電磁屏蔽性能測(cè)試

        使用北京EMC 抗擾實(shí)驗(yàn)室型號(hào)為CT-1 的法蘭同軸測(cè)試裝置,根據(jù)GJB 6190-2008 對(duì)鍍層的電磁屏蔽性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的工作原理圖如圖1 所示。

        圖1 電磁屏蔽性能測(cè)試儀器簡(jiǎn)圖Fig.1 The sketch of electromagnetic shielding effectiveness tester

        2 結(jié)果與討論

        2.1 沉積速率對(duì)比

        為研究Cu 元素對(duì)鍍層沉積速率的影響,在其他條件相同的情況下,考察了Ni-P 和Ni-Cu-P 2 種鍍層的沉積速率隨化學(xué)鍍施鍍溫度及鍍液pH 值的變化規(guī)律,如圖2 所示。

        圖2 施鍍溫度和鍍液pH 值對(duì)鍍層沉積速率的影響Fig.2 The effect of temperature and pH on the deposition rate

        圖2a 為施鍍溫度對(duì)鍍層沉積速率的影響,由圖可見,隨著鍍液溫度的升高,Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的沉積速率均增大。根據(jù)化學(xué)鍍動(dòng)力學(xué)和粒子碰撞理論及公式:q=exp(-ε/KBT)可知,鍍液中粒子的有效碰撞占總碰撞的分?jǐn)?shù)q隨著化學(xué)鍍溫度T的升高而增大,鍍層的沉積速率增加(式中:ε為反應(yīng)臨界能;KB為波爾茲曼常數(shù))。由圖2a 還可知,當(dāng)鍍液溫度超過75 ℃后,溫度對(duì)鍍層沉積速率的影響減小,且隨著溫度的升高,鍍液的穩(wěn)定性降低,容易分解,使得鍍層的表面質(zhì)量降低,因此化學(xué)鍍施鍍溫度不宜過高。圖2b 為鍍液pH值對(duì)鍍層沉積速率的影響,由圖可見,隨著鍍液pH 值的升高,化學(xué)鍍Ni-P 和Ni-Cu-P 的沉積速率先增大后減小,在pH 值為6.1 時(shí)達(dá)到最大值。由式(1)~(3)可知,隨著鍍液pH 值的升高,鍍液中H+濃度降低,促進(jìn)式(1)、(2)的正向反應(yīng),加速鍍層沉積。但是當(dāng)pH 值升高到一定值之后,隨著鍍液pH 值的繼續(xù)升高,鍍液中H+濃度降低變緩,但OH-濃度卻急劇增加,式(3)的正向反應(yīng)受到抑制,鍍層沉積速率降低。

        由圖2a 和2b 還可知,在不同的施鍍溫度和鍍液pH 值下,化學(xué)鍍Ni-Cu-P 的沉積速率都比化學(xué)鍍Ni-P的沉積速率高,這說明鍍液中Cu 元素在化學(xué)鍍過程中主要起了催化劑的作用,在Cu 元素的催化作用下,促進(jìn)了Ni 的沉積,加速了鍍層的沉積速率。

        2.2 形貌、成分及結(jié)構(gòu)對(duì)比

        圖3 為Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的表面形貌。由圖可見,Ni-P 鍍層為典型的結(jié)瘤狀組織,鍍層致密且連續(xù),但結(jié)瘤的大小不均勻(圖3a);Ni-Cu-P 鍍層的結(jié)瘤較Ni-P 鍍層的更均勻、致密,但是在結(jié)瘤的表面形成了一些菜花狀的組織,菜花狀組織惡化了鍍層的形貌(圖3b)。

        圖3 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層SEM 形貌Fig.3 The SEM photographs of the Ni-P and Ni-Cu-P coatings

        表2 為能譜儀測(cè)得的Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層成分,由表2 可知,Ni-Cu-P 鍍層中Cu 的含量為7.40%,Ni和P 的含量較Ni-P 鍍層的低。此外,無論是Ni-P 鍍層還是Ni-Cu-P 鍍層,P 的含量均超過了10%,研究表明,當(dāng)鍍層中P 含量超過10%時(shí),鍍層將出現(xiàn)非晶態(tài),且非晶比例隨P 含量的增加而增加,而非晶態(tài)的出現(xiàn)對(duì)鍍層性能有重大影響[11]。

        表2 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %Table 2 The coating composition of Ni-P and Ni-Cu-P coatings(mass fraction ) %

        圖4 為Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的X 射線衍射譜(XRD),由圖可見,Ni-P 鍍層在2θ=45.0°附近有一Ni的饅頭峰,說明Ni-P 鍍層為非晶結(jié)構(gòu);而Ni-Cu-P 鍍層除了在2θ=45.0°附近有Ni 的饅頭峰外,還在2θ=43.4°和50.3°出現(xiàn)Cu 的尖銳特征峰,通過對(duì)比粉末衍射卡片可知,這2 個(gè)峰分別對(duì)應(yīng)Cu0.81Ni0.19的(111)和(200)晶面[10],表明在Ni-Cu-P 鍍層中出現(xiàn)了Cu和Ni 的固溶體,此時(shí)鍍層為微晶和非晶組成的混晶結(jié)構(gòu)。

        圖4 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的X 射線衍射譜Fig.4 The XRD spectra of the Ni-P and Ni-Cu-P coatings

        2.3 硬度、粗糙度及耐磨性

        為了分析鍍層的耐磨性,首先測(cè)試并對(duì)比研究了2種鍍層的硬度和粗糙度,所得的數(shù)據(jù)如表3 所示。由表3 可知Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的硬度分別為645.9 HV 和679.9 HV,Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的粗糙度(Ra)分別為1.11 μm 和1.38 μm。Ni-Cu-P 鍍層的硬度更高是因?yàn)榛瘜W(xué)鍍Ni-Cu-P 過程中,因?yàn)镃u 和Ni 的氧化還原性不同,Cu 元素優(yōu)先沉積在基體表面,先沉積的Cu 可作為鍍層后續(xù)生長(zhǎng)的形核核心,起到細(xì)化晶粒的作用[12]。此外,Ni-Cu-P 鍍層為混晶結(jié)構(gòu),相較于非晶結(jié)構(gòu)的Ni-P 鍍層,其內(nèi)部存在更多的晶體缺陷,能夠更有效地抑制變形的進(jìn)行。Ni-Cu-P 鍍層更粗糙的原因主要是化學(xué)鍍Ni-Cu-P 沉積速率更快以及鍍層節(jié)瘤表面形成的菜花狀組織。

        表3 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的硬度和表面粗糙度Table 3 The hardness and roughness of Ni-P and Ni-Cu-P coatings

        圖5 為2 種鍍層的磨損量-時(shí)間曲線。

        圖5 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的磨損量時(shí)間曲線Fig.5 The curves of time-wear loss of the Ni-P and Ni-Cu-P coatings

        由圖5 可見,2 種鍍層的磨損量都隨著磨損時(shí)間的延長(zhǎng)先增后減,Ni-P和Ni-Cu-P 鍍層分別在磨損5 min和10 min 后磨損量達(dá)到最大值。在磨損開始階段,Ni-Cu-P 鍍層的磨損量較Ni-P 鍍層的大,而磨損時(shí)間超過10 min 后,Ni-Cu-P 鍍層的磨損量較Ni-P 鍍層的小。這是因?yàn)槟p初期,由于Ni-Cu-P 鍍層表面更粗糙,鍍層表面更容易被磨損,所以磨損量更大,而且由于Ni-Cu-P 鍍層的硬度更高,粗糙表面需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能被磨平。隨著磨損的進(jìn)行,鍍層粗糙表面被磨平,鍍層的硬度對(duì)鍍層的耐磨性起主要作用,此時(shí)硬度更高的Ni-Cu-P 鍍層磨損量更小,表現(xiàn)出更優(yōu)的耐磨性。

        2.4 電化學(xué)性能

        圖6 為2 種鍍層在3.5%NaCl 和16.8%HNO3溶液的電化學(xué)極化曲線和阻抗譜曲線,計(jì)算得到的腐蝕電位、腐蝕電流密度和電荷轉(zhuǎn)移電阻列于表4。由圖6a可知,Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層在3.5%NaCl 溶液中都存在自鈍化作用,極化曲線中有一鈍化平臺(tái)。由圖6c 和6d 可見,Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層在2 種溶液的阻抗譜中都只出現(xiàn)了1 個(gè)容抗弧,說明電化學(xué)阻抗譜的時(shí)間常數(shù)為1,圖中的插圖為阻抗譜經(jīng)擬合后的等效電路。由表4 可知,無論在3.5%NaCl 還是在16.8%HNO3溶液中,Ni-P 鍍層的腐蝕電位更正、腐蝕電流密度更小、電荷轉(zhuǎn)移電阻更大,說明Ni-P 鍍層具有更好的耐NaCl和耐HNO3腐蝕性。這是因?yàn)镹i-P 鍍層為非晶結(jié)構(gòu),Ni-Cu-P 鍍層為混晶結(jié)構(gòu),在混晶結(jié)構(gòu)中存在著大量的晶界、位錯(cuò)等晶體缺陷,腐蝕過程中,這些缺陷區(qū)域容易形成大量的微電池,加速腐蝕。

        圖6 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層在不同溶液中的極化曲線和阻抗譜Fig.6 Potentiodynamic polarization curves and EIS spectra of Ni-P and Ni-Cu-P coatings in different solutions

        表4 2 種鍍層在不同溶液中獲得的腐蝕電位、腐蝕電流密度和電荷轉(zhuǎn)移電阻Table 4 Ecorr、Jcorr and Rct values obtain from potentiodynamic polarization and EIS curves in 3.5%NaCl and 16.8%HNO3 solution

        2.5 電磁屏蔽性能

        圖7 為聚醚醚酮基體及基體化學(xué)鍍Ni - P 和Ni-Cu-P后材料的電磁屏蔽性能曲線。由圖7 可見,在頻率為30 MHz~1.5 GHz 范圍內(nèi)基體的電磁屏蔽性能僅為20 dB 左右,而通過化學(xué)鍍后電磁屏蔽性能提高到了69 dB 以上,且化學(xué)鍍Ni-Cu-P 后材料的電磁屏蔽性能比化學(xué)鍍Ni-P 后的電磁屏蔽性能更好。物體對(duì)電磁波的屏蔽作用主要通過反射衰減、吸收衰減和界面反射衰減?;瘜W(xué)鍍Ni-Cu-P 的鍍速較化學(xué)鍍Ni-P的更快,施鍍時(shí)間相同,Ni-Cu-P 鍍層厚度更厚,而且研究表明Ni-Cu-P 鍍層比Ni-P 鍍層的導(dǎo)電性更好[13],Ni-Cu-P 鍍層對(duì)電磁波的吸收效果更好。此外,Ni-Cu-P 鍍層表面更粗糙,有更大的表面積反射電磁波,能更好地反射電磁波,所以Ni-Cu-P 鍍層表現(xiàn)出比Ni-P 鍍層更好的電磁屏蔽性能。

        圖7 Ni-P 和Ni-Cu-P 鍍層的電磁屏蔽性能曲線Fig.7 EMI SE of the Ni-P and Ni-Cu-P coatings

        3 結(jié) 論

        (1)化學(xué)鍍Ni-Cu-P 具有更快的沉積速率,Ni-P鍍層為致密的非晶態(tài)節(jié)瘤狀組織,Ni-Cu-P 鍍層為致密的混晶態(tài)菜花狀組織。

        (2)Ni-Cu-P 鍍層具有更高的硬度和更粗糙的表面,粗糙的表面使得Ni-Cu-P 鍍層在磨損初期耐磨性較差,但由于硬度更高,使得Ni-Cu-P 鍍層在磨損后期耐磨性變好。

        (3)Ni-P 鍍層的電化學(xué)性能更好,而Ni-Cu-P 鍍層的電磁屏蔽性能更優(yōu)。Ni-P 鍍層更適合在腐蝕性環(huán)境中使用,Ni-Cu-P 鍍層更適合作為電磁波的屏蔽材料使用。

        猜你喜歡
        聚醚醚酮化學(xué)鍍鍍液
        聚醚醚酮材料銑削仿真與試驗(yàn)研究
        基于PLC與觸摸屏的鍍液溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)
        化學(xué)鍍Co-P-SiC復(fù)合薄膜性能的研究
        氯化鉀鍍液錯(cuò)加硝酸的處理
        核電站電纜用聚醚醚酮材料熱老化特性研究
        電線電纜(2017年3期)2017-07-24 14:39:15
        含銅硝酸退鍍液中銅的回收和硝酸的再生
        不銹鋼化學(xué)鍍Ni-Mo-P沉積速率的研究
        不銹鋼化學(xué)鍍Ni-Mo-P合金
        聚醚醚酮表面接枝O-羧甲基殼聚糖及其血液相容性研究
        聚醚醚酮基導(dǎo)熱復(fù)合材料的制備與性能
        草草浮力地址线路①屁屁影院| 亚洲综合小综合中文字幕| 五月激情在线视频观看| 97精品国产一区二区三区| 国产真人无码作爱视频免费| 永久免费看免费无码视频| 午夜国产在线精彩自拍视频| 我和隔壁的少妇人妻hd| 欧美大屁股xxxx| 婷婷九月丁香| 青春草在线观看免费视频| 中文字幕精品亚洲字幕| 99久久婷婷国产综合精品青草免费| 日韩精品一区二区三区视频| 无码一区二区三区久久精品| 国产亚洲av综合人人澡精品| 精品一区二区三区免费视频| 一本一本久久a久久精品综合| 97久久成人国产精品免费| 亚洲av高清一区二区在线观看 | 久天啪天天久久99久孕妇| 日韩av在线亚洲女同| 92午夜少妇极品福利无码电影 | 日韩精品极品视频在线观看蜜桃| 一区二区三区四区黄色av网站 | 亚洲综合伦理| 成人国产高清av一区二区三区| 亚洲日韩国产av无码无码精品| 无码专区久久综合久中文字幕| 久久久亚洲欧洲日产国码是AV| 好看的日韩精品视频在线 | 野花社区视频www官网| 久久青青草原国产精品最新片| 国产自拍三级黄片视频| 三级全黄裸体| 性欧美大战久久久久久久久| 无码超乳爆乳中文字幕| 国产成人精品一区二区不卡| 97se亚洲国产综合在线| 抽插丰满内射高潮视频| 久青青草视频手机在线免费观看|