自动电刷镀Ni-PTFE复合镀层特性及共沉积机制研究

论文摘要

本文采用自动电刷镀技术制备了高复合量、平整致密、颗粒分布均匀的Ni-PTFE复合镀层,明显提高了复合镀层的制备效率,扩大了电刷镀技术的应用范围。通过系统的试验研究揭示了复合镀层自动电刷镀工艺参量、镀层组织与性能间的关系及作用规律,优化并确定了复合镀层制备的关键工艺参量。构建了包括液相传输、CTAB阳离子脱附和PTFE复合的复合镀层沉积模型,从理论上揭示了自动电刷镀Ni-PTFE复合镀层的共沉积机理,为今后将该技术应用于其它复合镀层提供了理论与工程应用基础。在复合镀层的制备与组织方面,探讨了复合镀层的质量,如镀层微观形貌,PTFE复合量、厚度、沉积速率和显微硬度等因素的分布规律,建立了镀层每一处阳极运动速率、沉积累计时间与被镀平面长度、阳极长度和阳极运动频率的关系式,给出了改善镀层质量分布均匀性的措施,优化并确定了自动电刷镀Ni-PTFE复合镀层的关键工艺参量。分析了复合镀层的相组成、基质金属晶粒尺寸、镀层的微观形貌和断面组织以及PTFE在镀层中的存在形式。结果表明,控制复合镀层PTFE复合量的关键参量包括温度、PTFE加入量、工作电压和阳极运动速率等,其中温度的作用最为明显。在PTFE颗粒与基质金属相结合的界面处,不存在孔隙等缺陷,PTFE颗粒与基质金属结合紧密。在复合镀层的沉积机制研究方面,提出了包括液相传输、CTAB阳离子脱附和PTFE复合的复合镀层沉积模型。首先,PTFE颗粒连同其表面吸附的Ni2+和CTAB阳离子在液流作用下,到达阴极表面附近;然后,CTAB阳离子从PTFE颗粒表面上脱附;最后,PTFE颗粒表面吸附的Ni2+发生电化学还原反应与阴极表面相结合,并被不断生长的Ni基包埋。PTFE颗粒沉积过程是力学机理与电化学机理共同作用的结果。最后,结合复合镀层的摩擦磨损性能研究,建立了复合镀层电刷镀工艺参量、镀层组织特性与复合镀层摩擦磨损性能间的关系,探讨了PTFE复合量等参数对摩擦磨损性能的作用规律。结果表明,随镀液温度的升高,PTFE颗粒在镀层中弥散分布,复合量显著增加,镀层组织越来越平整致密,摩擦系数明显减小,耐磨性增加。随PTFE加入量的增加,PTFE发生团聚,镀层组织越来越粗糙,摩擦系数明显减小,耐磨性下降。而阳极运动速率对PTFE复合量和镀层的粗糙度、致密性和摩擦磨损性能影响不大,但可细化镀层组织。工作电压对PTFE复合量影响不大,但随着工作电压的增加,镀层明显趋向粗糙疏松,减小摩擦系数,耐磨性下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题意义
• 1.2 Ni 基复合镀层材料的研究进展
• 1.3 复合镀层的制备技术
• 1.4 Ni（合金）-PTFE 复合镀层的研究进展
• 1.4.1 电镀和化学镀复合镀层
• 1.4.2 电刷镀复合镀层
• 1.5 复合镀层的共沉积理论研究进展
• 1.5.1 复合颗粒与基质金属的共沉积机理
• 1.5.2 复合镀层基质金属的电结晶过程
• 1.6 研究目的及研究内容
• 第二章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 自动电刷镀试验
• 2.2.2 镀层微观组织观察分析
• 2.2.3 电刷镀初期沉积模拟试验
• 2.2.4 摩擦磨损试验
• 第三章 自动电刷镀Ni-PTFE 复合镀层的组织特征和形成规律
• 3.1 引言
• 3.2 刷镀工艺参量对微观形貌和PTFE 复合量的影响规律
• 3.2.1 刷镀方式对镀层微观形貌和PTFE 复合量的影响
• 3.2.2 自动电刷镀复合镀层的质量分布特征
• 3.2.3 自动电刷镀工艺参量对PTFE 复合量的影响规律
• 3.3 复合镀层的微观结构及变化规律
• 3.3.1 相组成及基质金属晶粒尺寸
• 3.3.2 微观形貌及变化规律
• 3.3.3 PTFE 的存在形式
• 3.4 小结
• 第四章 自动电刷镀Ni-PTFE 复合镀层的共沉积机制研究
• 4.1 引言
• 4.2 镍基PTFE 颗粒复合镀层的电沉积过程
• 4.3 复合镀层中Ni 基金属的电结晶过程
• 4.4 PTFE 颗粒对Ni 基体金属电结晶过程的作用机制
• 4.5 小结
• 第五章 自动电刷镀Ni-PTFE 复合镀层的摩擦磨损特性
• 5.1 引言
• 5.2 自动电刷镀工艺参量对摩擦磨损性能的影响规律
• 5.3 PTFE 复合量对摩擦磨损性能的影响规律
• 5.4 复合镀层的磨痕形貌分析
• 5.5 PTFE 复合量对摩擦磨损性能的作用机理
• 5.6 小结
• 第六章 结论
• 本文创新点
• 参考文献
• 附录 I 每一处阳极运动速率和沉积累计时间分布函数推导
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表和待发表的学术论文和专利