论文摘要
工业上广泛应用银作为电接触材料,但纯银硬度低、耐磨性较差、抗熔焊性较差,因此在很多场合,特别是在需要滑动接触的场合下需要同时具备良好的电接触性能和摩擦性能的新型材料。银和石墨的复合不仅具有优良的润滑性,而且能大幅提高银的抗氧化性及抗熔焊性,因此在需要滑动接触的部件上具有特别的应用优势。20世纪80年代,德国西门子公司在氰化镀银体系下开发了复合电镀制备银-石墨复合镀层的工艺方法,但存在的问题是制备的镀层表面粗糙、致密度较差,导致磨损量大,使用寿命不长。同时由于氰化物是剧毒的,对环境造成巨大的污染,即将面临淘汰。本研究首先探索了对环境友好的无氰镀银工艺,并且通过对其改进使之适合于复合电镀。采用超声辅助复合电镀的方法解决了导电颗粒复合镀层颗粒易聚集、疏松多孔的问题,制备了石墨颗粒均匀分散的致密银-石墨复合镀层。采用现代分析测试技术对无氰镀银过程和银-石墨复合镀层进行测试,研究了银-石墨复合镀层的显微组织和相组成分布;各种工艺参数对银-石墨复合镀层显微结构的影响;材料显微结构对材料摩擦学性能和电性能的影响。采用超声技术辅助电镀制备的复合镀层同时具备良好电接触性能和摩擦磨损性能。通过对甲烷磺酸-丁二酰亚胺无氰镀银工艺研究发现,通过施加超声,可以消除阴极表面钝化层,可以将电镀极限电流密度从2 A/dm2提高到6 A/dm2。探讨了超声对电镀过程的作用机理:分析认为超声能有效减小阴极表面的扩散层厚度,加快阴极表面的传质过程,进而加快了电化学反应速率。研究了各工艺参数对于复合镀层中第二相石墨颗粒含量体积分数的影响。超声的引入解决了导电颗粒复合镀层表面粗糙,疏松多孔以及导电颗粒易聚集的问题,明显能改善材料的致密性,促使石墨颗粒均匀分散。超声强度决定共沉积石墨颗粒的尺寸,超声强度越大则共沉积石墨颗粒的尺寸越小。复合镀层中石墨体积分数主要受到超声强度、阴极电流密度和溶液中石墨含量的影响,随着超声强度和阴极电流密度的增加先增加然后减小;并且随着电镀液中的石墨浓度的增加先增加然后略有减小。对复合镀层的性能研究表明:银-石墨复合镀层的摩擦系数随着复合镀层中石墨颗粒体积分数的上升而下降;当复合镀层中石墨含量大于9%后,摩擦系数基本稳定保持在0.2左右,不再下降。而磨损量随着复合镀层中石墨含量的增加先下降,但是当复合镀层中石墨的体积分数超过9%后,磨损量反而上升。银-石墨复合镀层的接触电阻和纯银镀层相当,添加石墨颗粒以后不会降低镀层的接触电阻。采用超声辅助复合电镀地方法制备出石墨颗粒分散均匀的致密复合镀层,提高了材料的摩擦学性能和电性能。超声辅助电镀的方法对电沉积导电颗粒复合镀层提供了一个新的途径。