【毕业论文】Ni-B-PTFE镀层工艺和性能研究.doc

乘用胎模具表面化学镀Ni-B-PTFE工艺和性能研究 PAGE 2 1 绪论 1.1引言 轮胎模具是轮胎硫化过程中所使用的重要工艺装备，它的优劣直接影响着轮胎外在质量，甚至使用寿命及安全性能。目前比较常用的汽车轮胎模具为载重胎和乘用胎子午线轮胎活络模具。由于轮胎模具使用及存放不合理, 铸钢材料的轮胎模具易与周围介质发生化学及电化学作用，而破坏其表面, 使轮胎模具表面腐蚀。其结果易造成轮胎外观麻面，不平等缺陷，使轮胎质量下降。目前乘用胎模具的花纹圈部分采用低压精密铸造技术生产，其材料为铝镁合金，这种料表面硬度相对较低，抗腐蚀性、耐磨性差，因此增加乘用胎模具花纹圈表面强度对提高模具整体质量意义重大。本课题研究的是化学镀Ni-B-PTFE合金镀层的工艺与性能，通过在乘用胎模具表面进行化学镀处理，从而有效提高工件表面质量和表面硬度、耐磨性、耐蚀性，提高模具使用寿命。 1.2化学镀 1.2.1化学镀的概述 工业现代化的发展，对各种设备零部件表面性能的要求越来越高，特别是在高速度、高温、高压、重载、腐蚀介质等条件下工作的零件，其材料的破坏通常是从表面开始的。表面的局部损坏，又往往会造成整个零件的失效，最终导致设备的停产。因而，提高材料表面性能，能有效延长其使用寿命、节约资源、减少污染、提高生产力。表面处理技术能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能镀层，以一般为几微米到几毫米的厚度，使零件具有比本体材料更高的耐磨、耐蚀、耐高温等性能。 化学镀(electroless plating)是通过溶液中适当的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下还原进行的金属沉积过程，也叫无电解电镀、自催化镀。化学镀过程实质是化学氧化还原反应，有电子转移、无外电源的化学沉积过程。化学镀技术由于工艺简单、成本低廉、镀层均匀、与基体结合力好等优点，在表面处理技术中占有很重要的位置。 1.2.2化学镀的特点 化学镀具有以下特点： （1）化学镀镀层分散力好，无明显的边缘效应，镀层厚度均匀，因而适合形状复杂工件表面施镀。另外化学镀层易于控制，表面光洁平整，一般不需镀后加工，使得化学镀适宜超差加工件的修复及选择性施镀。 （2）在通过敏化、活化等前处理后，化学镀可以在塑料、玻璃、陶瓷等非金属表面上进行，化学镀工艺适用的范围广。 （3）化学镀工艺设备简单，不需要电源、输电系统及辅助电极，操作时只需要把工件正确悬挂在镀液中即可。 （4）化学镀层结合力非常好，有着光亮或半光亮的外观，晶体细，致密，孔隙率低，某些化学镀层还具有特殊的物理化学性能。因而，化学镀在表面处理方面具有非常广泛的应用。 1.2.3化学镀的类型 早期人们依照镀液中还原剂的不同将化学镀镍分为三类，随着化学镀镍术的不断发展，现在通常根据镀层的不同组成，将化学镀镍分为五类，如下所示。 （1）化学镀Ni-P合金。镀液以镍盐为主盐，H2PO2-为还原剂，是目前研究的最为充分，应用最为广泛的化学镀。 （2）化学镀Ni-B合金。镀液以镍盐为主盐，硼氢化物、胺基硼烷为还原剂，镀层的硬度一般比1类镀层的硬度高，但还原剂在水溶液中易于分解，稳定性差，须在碱性环境下施镀，还原剂价格昂贵，这些因素限制了此类化学镀的发展。 （3）化学镀纯镍。镀液以镍盐为主盐，肼及其衍生物为还原剂，碱性条件下，还原剂的还原能力增强，可使沉积速度达到127μm/h，其最大的优点是镀层中镍的纯度高，镀液中无氧化产物的积累，但镀液稳定性差，毒性大，操作难以控制。 （4）化学镀多元合金。该镀种在（1）、（2）、（3）的基础上，镀液中加入其它金属离子通过共沉积获得多元合金。多元合金一般具有某些特殊的性能，因而应用前途广阔，目前有些已经取得飞速的发展。 （5）化学复合镀镍。在化学镀镍的基础上，加入具有特殊性能的惰性微粒，在搅拌的条件下共沉积。目前加入的微粒主要是以下两类：加入超硬颗粒，可提高镀层耐磨性能；加入减磨颗粒能够改善减磨性能。 1.2.4化学镀镀液的组成 化学镀的镀液一般有主盐，还原剂，络合剂，缓冲剂，稳定剂，加速剂及其他添加剂组成。 （1）主盐 化学镀镍溶液中的主盐就是镍盐，一般采用氯化镍或硫酸镍，有时也采用氨基磺酸镍、醋酸镍等无机盐。早期酸性镀镍液中多采用氯化镍，但氯化镍会增加镀层的应力，现大多采用硫酸镍。 （2）还原剂 化学镀镍的反应过程是一个自催化的氧化还原过程，镀液中可应用的还原剂有次亚磷酸钠、硼氢化钠、烷基胺硼烷及肼等。在这些还原剂中以次亚磷酸钠与硼氢化钠用的最多。 （3）络合剂 化学镀镍溶液中的络合剂除了能控制可供反应的游离镍离子的浓度外，还能抑制镍盐的沉淀，提高镀液的稳定性，延长镀液的使用寿命。有的络合剂还能起到缓冲剂和促进剂的作用，提高镀液的沉积速度。化学镀镍的络合剂一般含有羟基、羧基、氨基等。 （4）缓冲剂 缓冲剂能有效的稳定镀