【文章內(nèi)容簡介】 聲波攪拌比機械攪拌更利于粒子的分散和懸浮。周蘇閩也對攪拌方式對粒子沉積的影響進行了探討，采用不同強度、不同時間下的磁力攪拌以及間歇超聲波攪拌，對粒子的復合量進行測量，發(fā)現(xiàn)超聲波攪拌可提高粒子的分散性，防止或減少粒子間的凝集，因此，采用間歇超聲波攪拌所得鍍層的粒子含量最高，間歇磁力攪拌次之，快速磁力攪拌所得鍍層粒子含量最少。 NiPPTFE復合鍍層的性能最初制備PTFE復合鍍層的目的是為了獲得耐磨性能較好的表面，所以，摩擦磨損性能是NiPPTFE復合鍍層的主要考察性能之一；近年來，NiPPTFE復合鍍層的阻垢性能也日益受到關注，此外，還有部分學者對熱處理對復合鍍層的結(jié)構(gòu)和性能的影響進行了研究，下面將對此進行簡要的介紹。1．摩擦磨損性[41]最早研究了NiP/PTFE復合鍍層的摩擦性能，并與NiP鍍層進行了比較。利用CeronPlint高頻摩擦磨損實驗機考察了復合前后鍍層摩擦系數(shù)的變化，另外，也討論了摩擦系數(shù)隨鍍層粒子含量的變化。其中NiP鍍層摩擦系數(shù)在磨損過程中極不穩(wěn)定，且存在一個極大值，而厚的NiP/PTFE復合鍍層在摩擦1600s內(nèi)摩擦系數(shù)保持恒定。而且隨著粒子含量的增加，摩擦系數(shù)越低，摩擦過程越平穩(wěn)。當粒子的體積分數(shù)為24%時。[42]習研究了熱處理溫度對NiPPTFE復合鍍層的硬度、微結(jié)構(gòu)以及摩擦性能的影響。他認為200℃的熱處理對鍍層的摩擦磨損性能影響很小，400℃時鍍層硬度最大，并且此時的磨損速率最小。鍍層的摩擦磨損性能歸因于塑性變形以及PTFE轉(zhuǎn)換膜的形成。[43]同樣對NiPPTFE復合鍍層的摩擦磨損性能、硬度等進行了研究，性能測試采用了銷盤法，同時也對熱處理的影響作了探討。指出粒子的質(zhì)量分數(shù)為11%的復合鍍層鍍態(tài)下的硬度約為HV250～300，若在400℃下熱處理1h，硬度可上升至HV515。摩擦實驗顯示，NiPPTFE復合鍍層的磨損速率下降，耐磨性能提高。[44]采用BallFlat實驗機考察了NiPPTFE復合鍍層的摩擦磨損性能，得知NiP鍍層的摩擦系數(shù)隨著行程增加而上升，而NiPPTFE復合鍍層的摩擦系數(shù)起始階段略有上升，之后則保持恒定值。并且證實在低載荷下，合適的熱處理可以降低摩擦系數(shù)，提高鍍層的耐磨性。通過陽極極化曲線測得復合鍍層的耐蝕性仍然很好，相當于NiP鍍層，但熱處理會大大降低其耐蝕性。[45]研究了在水潤滑條件下NiPPTFE復合鍍層摩擦磨損性能。通過實驗得出一種親水基(如玻璃)和憎水基材料NiPPTFE復合鍍層互相對磨時，若以水為潤滑劑，則NiPPTFE復合鍍層的磨損失重會減少很多。黎永鈞等人[46]也對復合鍍層的性能進行測定和評價。，至少保持了與NiP鍍層結(jié)合力同樣良好的水平，但若PTFE含量過高時其結(jié)合力會急劇下降。對復合鍍層的耐蝕性測試表明，PTFE的加入導致界面和孔隙增多，使得鍍層的耐蝕性下降。這一點與Y 。在MM200磨損實驗機上作者對復合鍍層進行了磨損實驗，結(jié)果表明，～，其耐磨性也優(yōu)于NiP鍍層，而且熱處理會使復合鍍層的耐磨性進一步提高，這與Y 。張秋道等人[47]通過銷環(huán)實驗機測出鍍層的摩擦系數(shù)，隨著PTFE含量的增加，鍍層的摩擦系數(shù)先降低后略有提高，PTFE質(zhì)量分數(shù)為9%時，摩擦系數(shù)最低。對硬度和磨損率的測試表明，隨著PTFE含量增加，其硬度顯著下降，在振動干摩擦磨損條件下耐磨性也下降。2．抗垢性楊慶峰[48]對與蒸餾水接觸角平均為102176。的化學鍍NiPPTFE換熱面和接觸角為67176。的Cu表面進行了模擬循環(huán)冷卻水中碳酸鈣的結(jié)垢實驗研究。結(jié)果表明，當換熱面上有解吸空氣泡時，NiPPTFE表面結(jié)垢現(xiàn)象較Cu表面嚴重；無解吸空氣泡時，結(jié)垢減輕，并運用分形理論對垢進行了分析，結(jié)果表明NiPPTFE表面垢的分形維度值大于Cu面，既在NiPPTFE表面的垢混亂度更大，更為疏松，更易于去除。王興海[49]研究了碳酸鈣在黃銅及化學鍍NiPPTFE表面上結(jié)垢初期的行為特性，結(jié)果顯示化學鍍NiPPTFE表面具有一定的抗垢作用，聚四氟乙烯含量對成核速率的影響不顯著。張旭昀[50]研究了化學鍍NiPPTFE在工業(yè)污水中的結(jié)垢行為，在5080℃的循環(huán)工業(yè)污水中實驗340h后，未經(jīng)處理的45鋼表面出現(xiàn)大量紅銹和垢的混合物，經(jīng)化學鍍NiP處理樣品表面無紅銹出現(xiàn)，但有結(jié)垢現(xiàn)象，而復合鍍試樣則完全不同，除了有少量腐蝕點外，表面基本上沒有垢形成。通過測定鍍液中PTFE濃度對試樣增重率的影響，得到鍍液中PTFE濃度與鍍速的關系曲線。當鍍液中粒子濃度為約12mL/L時，‰。當鍍液中粒子含量過高或者過低時，都會使鍍速增加。3．耐蝕性張秋道等[51]就NiPPTFE復合鍍層的耐蝕性進行了研究，采用極化曲線和阻抗譜法進行測試，研究表明相對于NiP鍍層，復合鍍層的耐蝕性下降，且隨著PTFE含量的增加，其耐蝕性變差。王紅艷[52]對NiPPTFE，NiSnP，CuSnP三種鍍層的耐蝕性做了比較，結(jié)果顯示在10％NaCl中(以溶液輕微渾濁為準)，和1％H2S中(以鍍層輕微變色為準)，NiPPTFE的耐蝕性(渾濁時間為30h，變色時間為900min)均遠高于NiSnP(12h,330min)，CuSnP(,)。 研究NiBPTFE的前景鎳硼二元合金具有優(yōu)良的電學磁學性能，也擁有良好的耐磨性耐蝕性，從而決定了其廣闊的應用前景和研究價值。相對于鎳磷涂層，其優(yōu)點如下[53]：1．接觸電阻與銀接近，可做代金、銀涂層，經(jīng)濟效益高。2．優(yōu)良的釬焊性和熔焊能力。3．良好的鍵合性和導電性。4．鍍層硬度高。資料顯示：低硼合金鍍層鍍態(tài)硬度在HV600～700之間；%后，硬度約為700800HV；350℃處理后，得到最高硬度HV1230。5．耐磨性優(yōu)于化學鍍NiP涂層，熱處理后，耐磨性超過硬鉻。6．鍍層的空隙率低，耐蝕性強，高溫下的耐蝕性更為明顯，其耐堿和耐有機溶劑性能優(yōu)于NiP鍍層。7．鍍層內(nèi)應力小于硬鉻，耐沖擊性好于硬鉻，適合模具使用。8．共晶溫度高于NiP鍍層，則其耐高溫性能較NiP鍍層好。9．%～10%范圍變動，不同的硼含量，鍍層金屬顏色不同，可以起到裝飾作用。10．鎳硼合金的磁性可變。鎳硼合金的磁性能不但與鍍層硼含量有關，也與所受熱處理有關：%后，鍍態(tài)無磁性；250℃熱處理后，由于Ni3B鐵磁相的析出，致使磁性急劇增加：較高溫度的熱處理，由于非鐵磁性的Ni2B的出現(xiàn)，致使磁性能下降?；谝陨蟽?yōu)良的特性，有優(yōu)于NiPPTFE的特性，因此對于其研究具有很好的前景。主要內(nèi)容：（1）研究乘用胎輪胎模具表面化學鍍NiBPTFE工藝，通過正交實驗研究在不同工藝條件下（鍍液組成和表面活性劑等）對鍍層性能及鍍速的影響。（2）對制備的鍍層性能進行測定，并通過測定結(jié)果確定出最佳工藝條件。目標：（1）掌握乘用胎輪胎模具表面化學鍍NiBPTFE合金的原理和方法。（2）了解不同工藝條件對鍍層厚度和硬度的影響。（3）掌握測定鍍層性能的原理和方法。2 NiBPTFE化學復合鍍的試驗方案研究本次試驗的總體研究方案為：查閱NiBPTFE復合化學鍍的相關文獻，參照相關文獻做試驗，確定可行性方案。在可行方案的基礎上改變其組分的濃度進行正交試驗，通過正交試驗初步確定最優(yōu)方案，并對正交試驗的試件進行各種性能測試，將初步確定的最優(yōu)方案進行優(yōu)化，得到最終的優(yōu)化方案。（1）試件：鋁。（2）化學試劑：試驗主要化學試劑見表21。表21主要化學試劑名稱Table 21 The main chemical reagents in the experiment序號名稱類別等級1硫酸鎳主鹽分析純AR2次亞磷酸鈉還原劑分析純AR3檸檬酸鈉絡合劑分析純AR4無水乙酸鈉緩沖劑分析純AR5硫脲穩(wěn)定劑分析純AR6氯化鎳主鹽分析純AR7氫氧化鈉pH值調(diào)節(jié)劑分析純AR8硼氫化鈉還原劑分析純AR9乙二胺絡合劑分析純AR10CTAB表面活性劑分析純AR11PTFE第三組元分析純AR12乙酸鉛穩(wěn)定劑分析純AR（1）電熱恒溫水浴鍋：溫度范圍0～100℃，電壓220V。（2）量筒：規(guī)格分別為25mL、50mL、100mL。（3）鍍槽：250mL、500mL玻璃燒杯若干。（4）電子分析天平：稱量范圍200g。（5）HVS1000型數(shù)顯顯微硬度計。（6）XJP6A型正置式金相顯微鏡。（7）玻璃棒，滴管，50mL燒杯若干。（8）磁力加熱攪拌器攪拌器。（9）超聲波分散震蕩。（10）SFT2M銷盤式摩擦磨損試驗機。（11）鹽霧試驗機。 復合鍍層的制備鋁合金化學復合鍍試驗流程：機械打磨→水洗→堿洗除油→水洗→除銹（酸洗）→水洗→第一次浸鋅（90s）→水洗→退鋅（酸洗）→水洗→稱重→第二次浸鋅（60s）→水洗→NiP預鍍→稱重→NiBPTFE復合鍍相對于其他金屬，鋁及鋁合金屬于化學鍍鎳難鍍基材，因為鋁合金基體進行化學鍍有以下特點：(1) 鋁是一種化學性質(zhì)比較活潑的金屬，在大氣中易生成一層薄而致密的氧化膜，即使在剛剛除去氧化膜的新鮮表面上，也會重新生成氧化膜，嚴重影響了鍍層與基體的結(jié)合力。(2) 鋁的電極電位很低()，易失去電子，當浸入鍍層時，能與多種金屬離子發(fā)生置換反應，析出的金屬與鋁表面形成接觸鍍層。這種接觸性鍍層疏松粗糙，與基體的結(jié)合強度差，嚴重影響了鍍層與基體的結(jié)合力。(3) 鋁屬于兩性金屬，在酸、堿溶液中都不穩(wěn)定，往往使化學鍍過程復雜化。由此可知，要在鋁及鋁合金制品上得到良好的化學鍍鎳層，就要解決結(jié)合力問題，而結(jié)合力取決于鍍前處理。因此，對于鋁及其合金來說，鍍前的準備要十分充分。配制鍍液時如果各成分不是按照特定順序加入的話，容易引起鍍液分解，鍍液性能不穩(wěn)定，因此鍍液的配制要嚴格按照以下順序進行配制：NiP鍍液的配制（1）按照鍍液的體積分別量取所需的硫酸鎳和檸檬酸鈉，將它們分別放置在各自燒杯中，并加入少量蒸餾水，攪拌使之充分溶解。（2）按照比例量取相應的次亞磷酸鈉和無水乙酸鈉，在燒杯中充分混合。（3）將檸檬酸鈉加入到硫酸鎳溶液中攪拌充分絡合（4）將（2）中的混合溶液加入到（3）中，在加入的過程中要邊攪拌，邊慢慢加入。（5）最后在（4）的混合溶液中加入穩(wěn)定劑硫脲。NiBPTFE鍍液的配制（1）按照鍍液的體積分別量取所需的氯化鎳和氫氧化鈉，將他們分別放置在各自燒杯中，并加入少量的蒸餾水，攪拌使之充分溶解。（2）按比例量取相應的CTAB，加入適量的水攪拌，然后再加入適量的PTFE乳液，充分攪拌均勻。（3）在氫氧化鈉溶液中加入所需的硼氫化鈉固體，將他們充分攪拌均勻。（4）在氯化鎳溶液中加入所需的絡合劑乙二胺，攪拌充分絡合。（5）將（2）溶液慢慢地加入到（4）溶液中，充分攪拌。（6）將（3）溶液慢慢地加入到（5）溶液中，充分攪拌混合。（7）最后在（6）的混合溶液中加入穩(wěn)定劑乙酸鉛，充分攪拌。（8）將最終溶液放置在超聲波儀器中約30分鐘，使PTFE微粒充分發(fā)散。堿洗是用堿性化學試劑的處理液除去鋁合金基材表面的油污，提高鍍層的結(jié)合力。由于鋁基材具有兩性，在堿性環(huán)境中反應很劇烈，如果僅用含氫氧化鈉的處理液來處理，會使基材迅速反應，發(fā)生過腐蝕。所以，為了更好的除去基材表面的油污，本實驗的堿洗液采取以下配方，碳酸鈉：30g/L；磷酸三鈉：10g/L；氫氧化鈉：20g/L；OP乳化劑：2mL/L。另外，為了增強除油效果，將堿洗液加熱到65℃時在進行堿洗，堿洗時間大約20S。硝酸出光是要剝離工件表面的加工變形層以及在前處理工序生成的極薄的氧化膜。將基體的組織暴露出來以便鍍層金屬在其表面進行生長。在本實驗工藝中所使用的為1:1硝酸，浸泡30s。由于鋁合金與氧具有很強的親合力，鋁基材表面極易生成氧化膜，這種自然氧化膜與其表面覆蓋層的結(jié)合強度很差。而浸鋅是在鋁合金的基材表面浸鍍上一層盡可能薄而且比較不容易被氧化的中間金屬層，從而提高鍍層的結(jié)合力。所以，浸鋅工藝是鋁合金化學鍍鎳磷合金的關鍵步驟，直接影響鍍層的結(jié)合力和光澤度等鍍層性能。第一次浸鋅時，鋅層置換快、顏色深、膜層疏松不均勻。為此，必須進行第二次浸鋅，以獲得薄而致密、光澤均勻、結(jié)合牢固、淺灰色鋅層。其中，第一次浸鋅時間是90s，第二次浸鋅時間是60s。兩次浸鋅基本采用相同的工藝規(guī)范，即氫氧化鈉：120g/L，氧化鋅：20g/L，酒石酸鉀鈉：15g/L，三氯化鐵：2g/L，硝酸鈉：1g/L。浸鋅液的配制過程如下：(1) 量取200mL蒸餾水；(2) 稱取24g氫氧化鈉固體，加入適量蒸餾水溶解；(3) 稱取4g氧化鋅粉末，添加少量水調(diào)成糊狀；(4) 在加熱攪拌的條件下，向氫氧化鈉中慢慢添加糊狀氧化鋅至完全溶解；(5) 稱取3g酒石酸鉀鈉，；(6) 將(5)中的混合液添加到氫氧化鈉中，配得浸鋅液。為了得到薄而穩(wěn)定的鋅層，必須將第一次浸鋅后得到的浸鋅層退去，然后在進行第二次浸鋅，退鋅液采用本工藝中的酸洗液的配方，退鋅的時間需要15~25s。該工序在退除鋅層的同時，具有清除基體表面有害雜質(zhì)和出光作用，但時間不宜過長，否則造成表面鈍化，影響下一步浸鋅及化學復合鍍的質(zhì)量。 NiP預鍍?yōu)榱藶樘岣咤儗咏Y(jié)合力，保證鍍層良好的硬度和耐蝕性，在必要的時候可以進行NiP預鍍。 鍍液配方預鍍NiP鍍液的配方為：主鹽硫酸鎳25 g/L，還原劑次亞磷酸鈉22 g/L，絡合劑檸檬酸鈉5 g/L，調(diào)ph無水乙酸鈉15 g/L，穩(wěn)定劑硫脲2㎎/L。NiBPTFE基礎配方為主鹽氯化鎳25 g/L，調(diào)ph氫氧化鈉50 g/L， g/L，絡合劑乙二胺50 mL/L，表面活性劑CTAB 20㎎/L，添加劑PTFE 10 mL/L,穩(wěn)定劑乙酸鉛40㎎/L。稱量已經(jīng)經(jīng)過前處理的試件的質(zhì)量，以