純銅表面納米化后沉積鎳磷合金鍍層的研究

張瓊

摘 要：純銅經(jīng)過納米化后，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]。化學(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)過和未經(jīng)過表面納米化的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)鍍液中沒有加入專門的有機(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，無未覆蓋的部位，無麻點(diǎn)、針孔，沒有出現(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。可以看到，經(jīng)過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)過納米化的純銅基體表面沉積的合金層相比，厚約8um。說明經(jīng)過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)任何剝落和開裂現(xiàn)象，說明鍍層與基體結(jié)合力很好。同時(shí)，還可以看到，經(jīng)過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，說明經(jīng)過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，說明經(jīng)過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，說明經(jīng)過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。

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