辽宁石油化工大学本科毕业设计外文翻译 2013
（题目）Ni-PTFE化学复合材料镀层的研究
（作者不用译）K. N. Srinivasan* S. John
摘要：镍基复合材料的化学镀层具有出色的摩擦行为。这些复合镀层的形成除了通
过材料以粉末形式在化学镍溶液中共沉积和还要通过在沉积过程中的悬浮态下使之加入到镀层中。最常用的硬度高的弥散化合物是碳化硅，金刚石粉末，氧化铝，碳化钛，氮化硼，碳化铬或碳化钨。最近，含PTFE的化学镍做为复合材料被使用是因为它是均匀的，高粘附的，耐磨的，干润滑的，无擦伤的具有较低的摩擦系数和优良的抗腐蚀性。本论文研究了PTFE在化学镍酸溶液中对沉积速率的影响，PTFE的聚合和镀层中磷含量，耐磨性和抗腐蚀性。
关键词：化学复合材料；化学沉积；Ni-P-PTFE复合材料；复合镀层
1. 引言
电沉积复合镀层是均匀离散的小颗粒物分布在金属镀层里的[1-3]。化学镍磷镀层有许多性能都优于其它镍镀层[4]。由于磷的含量，化学镍镀层有更好的硬度和更好的耐腐蚀性[5]。化学镍复合镀层结合了传统化学镍镀层特有的性能例如复杂铸型中的沉积均匀性，高硬度和优良的耐蚀性带有研磨材料的所拥有的耐高温和其它摩擦性能。
值得注意的是在化学沉积中它有可能达到一个高比例的聚合甚至在镀液中低浓度的颗粒，与电镀相比，高浓度的颗粒必将出现高比例的聚合。近年来复合材料在工程工业中取得重要地位，尤其在高技术领域比如发动机领域，现代燃气涡轮发动机，汽车等等[6]。在化学材料领域，基体不是纯镍，而是其它Ni-P或Ni-B，依于还原剂被用于镀液中。最常用的硬度高的弥散化合物是碳化硅，金刚石粉末，
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氧化铝，碳化钛，氮化硼，碳化铬或碳化钨[1-9]。在化学共沉积中的最新发展就是PTFE与镍共沉积。共沉积PTFE颗粒以水分散的形式被添加到溶液中[10,11]。
化学Ni-PTFE镀层的性能如耐磨性，耐蚀性，摩擦系数，显微硬度和所有其它性能都是非常优秀的[12-18]。化学Ni-PTFE复合镀层的制作，性能和应用都是良好的[19,20]。PTFE颗粒被均匀分布在化学镍复合镀层中[21,22]。Duncan[13]沉积的镀层其中包含10-30vol.-%（体积浓度）的直径为0.3-0.4
的5-10wt-%磷含量的PTFE
颗粒。在非润滑条件下摩擦系数通常为0.1-0.2。从显微硬度测试和耐磨性能测试中发现含量为14-16%PTFE的复合镀层的硬度通常为250-400HV，而含量为26%PTFE的复合镀层硬度只有275HV。二者通过大于300℃的热处理后硬度值分别增高到625-700HV和400HV。Hadley 和 Harl[17]描述了含量达到25wt-%PTFE均匀分布在含量为84.6Ni-7P-8.4PTEF的化学Ni-P基体上比重为6.5。他们也发现硬度依赖于热处理。Nishira等人[23]研究发现在化学Ni-P镀液中悬浮的PTFE颗粒受非离子和阳离子表面活性剂的影响。Matsuda等人[24]发现PTFE颗粒被共沉积在化学Ni-P镀膜上。这种沉积取决于表面活性剂类型，即在镀液中颗粒表面的电动势和镀膜上颗粒的含量。
PTFE作为一种多功能材料被用于保护工件被腐蚀和磨损[25]。Daniels 和Harme[26]发现Ni-PTFE镀层提高了使用寿命和在塑料制造方面的产品质量[26]。Zhengshan等人[27]报道了Ni-P-PTFE镀层的形态和结构。这赋予了镀层相当多的非擦伤和干润滑性能和较低的摩擦系数。由于颗粒尺寸小，不存在与粗糙度相关的问题，可以以正常方式过滤溶液。Tulsi[28,29]制备的Ni-PTFE镀层基于6.5-11g/dm的PTFE（60%活性）的添加剂，PTFE颗粒尺寸达到1
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在88-92的温度下和pH
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值为4.7-5.2并伴随搅拌。PTFE共沉积的体积浓度为25-30%。电镀工件具有具体的磨损率和摩擦系数。它被用于各种橡胶和塑料模具，蝶阀，石油和天然气工业紧固件，铝制液化气瓶和化油器节流阀。Pearce[30]概述了制备Ni-PTFE镀层的问题。他在92至95℃下以12mm/h的沉积速率成功得到了25-30%的PTFE镀层。12.5
的镀层是光滑灰暗的，而更厚的镀层会起皮。镀层在350℃下处理1小时能
被沉淀和硬化。Roberto[31]描述了一个典型的85Ni-6.6P-8.4PTFE复合镀层。他也发现这些类型的镀层被用做液压离合器组件、工具、安全带组件、机械齿轮和汽车燃料系统元件[32,33]。
Przybylska和 Raczynaska[34]能够得到PTFE含量在2.5-11wt-%的镍镀层，即产率不同的分散镀层。含有75Ni-7.9P-6-8PTFE的镀层有良好的结合力和耐磨性。Zhao等人[35]研发了Ni-P-PTFE的分级镀层技术，这大大提高了镀层的附着能力。Liu和Zhao[36]研究了在化学Ni-P系统中表面活性剂对PTFE颗粒大小的影响，并发现镀层中PTFE含量的最大值主要取决于表面活性剂浓度 与镀液中PTFE颗粒浓度的比例。Huang等人[37,38]研究了Ni-P化学镀系统中SiC和PTFE在镀层腐蚀，磨损和防粘性能反面的协同作用。Rossi等人[39]评估了Ni-PTFE，P/MOS2和Cu/PTFE化学镀层的服饰行为，用以提高碳钢的耐磨性。本论文作者研究了镀液温度，PTFE的浓度和PH值对电镀过程中PTFE沉积和聚合速率的影响。镀层的性能如硬度，耐磨性，防腐性和表面形貌的研究用过扫描电镜在有或无热处理条件下得到的。
2. 实验部分
2.1电极制备
低碳钢和不锈钢被用作电极。电极被加工成合适的尺寸和机械抛光。被抛光
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的试件用三氯乙烯去垢并浸在稀盐酸中腐蚀。不锈钢试件只能用于磷分析。
2.2镀液的重点
文献中所写道的多种多样的实验方案是在不同温度下选择和研究试件的电镀速率。在这些方案中，如下所述的镀液都是基于柠檬酸钠，次磷酸钠和硫酸镍三者之间被选择用作进一步研究：
（i）硫酸镍 30g/L （ii）柠檬酸三钠 50g/L （iii）次磷酸钠 25g/L （iv）PTFE 添加剂.
为了在90℃下获得具有相对较高的沉积速率，需要改变镀液的组成成分以得到最合适的镀液组成。
2.3镀液的制备与净化
化学药品先被称量再溶解于蒸馏水中（大约为总需求量的75%）。溶液用G.4坩埚过滤并加入蒸馏水混合至需求量。PTFE以离散形式加入到水中。溶液的pH值用氨电解调节。
2.3镀液维护与控制
镀液的温度用保护系统保持，它能使温差保持在正负2摄氏度。溶液的pH值用PH计不断监视，酸或碱的加入取决于镀液的pH值。镀液的成分主要是硫酸镍和次磷酸钠，二者的比例取决于溶液中沉积的镍。承装镀液的容器要定期更换，并用硝酸清洗。镀液要定期用G.4坩埚过滤，从溶液中去除金属镍。溶液通过磁力搅拌器被搅拌，为保持颗粒悬浮和保持温度均匀。
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3. 镀液的参数对沉积速率的影响
3.1 温度的影响
取10×10mm的低碳钢钢板，与三氯乙烯进行皂化作用，在稀盐酸中浸蚀，用碱液碱洗，再用清水清洗，烘干并称重。然后这些钢板在不同温度下被EN/PTFE复合镀，即60℃，70℃，90℃，在pH值为5.5的酸碱环境下进行2小时。用搅拌器搅拌使得PTFE分散在镀液中。2小时候取出钢板，进行清洗，烘干和称重。依照处理前后的重量差来估算出Ni-PTFE复合镀层的重量。依照镀层重量来估算镀层厚度。
3.2 电镀时间的影响
把经过预处理和称重的钢板在pH值为5.5的酸碱环境中以不同时间进行电镀，即1h，2h，3h，4h和5h。在规定时间过后，钢板被取出并用清水清洗，烘干和称重。依照不同的重量，不同电镀时间下的镀层厚度可以被估算出来。
3.3 PTFE浓度的影响
低碳钢钢板在PTFE浓度为5g/L和20g/L的电镀液中用EN/PTFE复合材料电镀，其镀层厚度能被估算。
3.4 硬度的测定
清洗过的低碳钢钢板用EN/PTFE电镀，其硬度用维氏硬度方法测定。菱形对角线型的压痕是在已知载荷和确定时间下压出的并用装有校准目镜的显微镜测试。依照菱形的长度来估算维氏硬度。
3.5用泰伯耐磨测试仪测量耐磨性
EN/PTFE电镀试件先被称重，然后把试件放在一对较重的有严格控制结构的
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