电沉积铜基电接触触头复合镀层的工艺及性能研究

论文摘要

本文采用复合电沉积的方法,在纯铜表面制备铜基复合镀层,使其满足电接触材料使用性能。研究了镀液中微粒质量浓度、阴极电流密度、搅拌强度和镀液温度工艺参数对复合镀层中微粒共沉积量的影响,并在此基础上通过正交试验确定了制备复合镀层的最佳工艺参数。并运用各种测试手段对复合镀层的表面形貌、显微硬度、结合强度、氧化性能、电化学侵蚀性能及电接触性能进行分析;最后初步探讨复合电沉积的机理。对复合电沉积的工艺研究结果表明:在形成复合镀层过程中,镀液中微粒质量浓度和阴极电流密度对复合镀层中微粒含量影响显著,搅拌强度和镀液温度影响其次。并以镀层中微粒共沉积量为指标确定复合电沉积的最优工艺为:镀液中微粒的质量浓度35g/L、阴极电流密度4A/dm~2、搅拌强度600r/min、镀液温度50℃。对复合镀层性能的研究表明:复合镀层比纯铜镀层的表面较凸出,胞状颗粒更加细小、致密,并且沉积的微粒在复合镀层中分布均匀,没有出现团聚;复合镀层明显提高了基体的硬度,并且对电接触材料来说具有适度的显微硬度,其范围在98.5～115HV;在电压12V,电流5,10,15,20,25A,接触次数1×10~4次条件下测得触点材料的转移量,说明复合镀层在电流≤20A条件下,材料由阴极向阳极转移,电流>20A条件下,材料由阳极向阴极转移。接触电阻在10～40mΩ之间波动。并且电弧侵蚀后复合镀层的表面形貌呈现凸起、凹坑和气孔等形貌特征;通过抗氧化性能、电化学腐蚀性能的测试表明:复合镀层明显提高了纯铜镀层的氧化性能、电化学腐蚀性能。对复合电沉积机理的研究表明:复合电沉积过程满足Guglielmi两步吸附模型。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合电沉积研究的现状
• 1.3 电沉积复合镀层种类
• 1.3.1 装饰防护性复合镀层
• 1.3.2 高硬度、耐磨损复合镀层
• 1.3.3 减摩复合镀层
• 1.3.4 耐高温复合镀层
• 1.3.5 具有催化功能的复合镀层
• 1.3.6 其他特殊功能的复合镀层
• 1.4 电接触材料的基本要求
• 1.4.1 物理性能
• 1.4.2 电气性能
• 1.4.3 化学性能
• 1.4.4 电接触性能
• 1.4.5 加工制造性能
• 1.5 课题研究背景及主要内容
• 第二章 实验设计
• 2.1 复合镀层成分设计
• 2.2 复合镀层的制备方法
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验条件
• 2.2.3 微粒的加入
• 2.2.4 复合电沉积流程
• 2.3 镀层的分析测试方法
• 2.3.1 镀层中的微粒含量测试方法
• 2.3.2 显微组织观察
• 2.3.3 显微硬度及结合强度测试
• 2.3.4 电接触性能测试
• 2.3.5 氧化性能测试
• 2.3.6 电化学腐蚀研究
• 第三章 复合电沉积工艺研究
• 3.1 镀液中微粒的质量浓度对复合电沉积的影响
• 3.2 阴极电流密度对复合电沉积的影响
• 3.3 搅拌强度对复合电沉积的影响
• 3.4 镀液温度对复合电沉积的影响
• 3.5 正交实验
• 3.5.1 正交实验方案的选择
• 3.5.2 极差分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 复合镀层性能的研究
• 4.1 镀层表面形貌及能谱图分析结果
• 4.2 复合镀层显微硬度测试
• 4.3 复合镀层结合强度测试
• 4.4 复合镀层电接触性能试验结果
• 4.4.1 电弧侵蚀
• 4.4.2 材料的转移
• 4.4.3 电弧侵蚀形貌观察
• 4.4 氧化性能测试
• 4.5 电化学腐蚀性能测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 复合电沉积过程机理的简单讨论
• 5.1 复合沉积机理简述
• 5.1.1 吸附理论
• 5.1.2 力学机理
• 5.1.3 电化学机理
• 5.2 Guglielmi模型
• 5.3 复合镀层的沉积过程
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文结论
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学位论文
• 参考文献