純銅表面納米化后沉積鎳磷合金鍍層的研究

張瓊

摘 要：純銅經過納米化后，在其表面沉積得到了鎳磷合金層，并對鍍層的形貌、結合力、耐磨性等性能進行了分析。結果表明：經過納米化后基體表面鍍層沉積速率較快，且基體與鍍層的結合力和耐磨性都較好。

關鍵詞：純銅表面納米化；結合力；耐磨性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.14.003

1 前言

Ni-P化學鍍層是在外加還原劑的作用下，主鹽中的鎳離子發生還原反應，在基體表面沉積為鎳的過程。目前化學鍍Ni-P合金鍍層因其優良的性能雖然應用較多[1-4]，但是主要都是研究鍍層本身的成分、結構對其性能的影響[5-9]?；瘜W鍍層是因為基體材料表面有活化中心才能進行沉積的，基體材料的組織結構會直接影響鍍層的結構和性能。鑒于納米材料一系列的特殊性能[10-12]，本試驗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、微摩擦磨損試驗機等分析比較了兩種基體表面鍍層的形貌、結合力和耐磨性等性能。

2 試驗材料與方法

試驗材料選用經過和未經過表面納米化的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；時間3h。

通過金相顯微鏡對鍍層表面形貌及鍍層厚度進行了觀察；采用微摩擦磨損試驗機測試了鍍層的耐磨性能，并用金相顯微鏡觀察了磨損試驗后鍍層表面形貌；采用WS-92劃痕儀測試了鍍層與基體的結合力。

3 試驗結果與討論

3.1 鍍層外觀

圖2為兩種基體表面化學鍍Ni-P合金的照片，本實驗化學鍍液中沒有加入專門的有機光亮劑，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、針孔，沒有出現裂紋、起皮、剝落等缺陷。

3.2 鍍速比較

本實驗用橫斷面金相法對沉積速度進行比較，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為經過納米化后的純銅基體表面化學鍍Ni-P樣品截面照片，圖b為純銅基體表面化學鍍Ni-P樣品截面照片?？梢钥吹?，經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，這是因為經過納米化處理后，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 鍍層與基體的結合力

本實驗通過WS-92劃痕儀對鍍層與基體的結合力進行了測量，加載速度為100N/M，劃痕長度5mm。如圖4所示為兩種基體表面鍍層的結合力曲線，從圖中可以看出：表面經過納米化后的純銅基體與Ni-P鍍層的結合力比較好，這是因為經過納米化的基體與鍍層之間產生的機械咬合力較多，使得結合力增大。另一方面，經過納米化處理后，基體表面會變得凹凸不平，這也有利于鍍層與基體之間的機械咬合而增加結合力。

圖5為兩種基體表面的鍍層進行結合力測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，本實驗得到的鍍層表面平整，沒有出現脫皮、鼓泡等缺陷，并且劃痕試驗后鍍層也均未出現任何剝落和開裂現象，說明鍍層與基體結合力很好。同時，還可以看到，經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，一般鍍層越硬，劃痕越不明顯，說明經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，從圖中可以看到經過納米化后的基體表面沉積的鍍層摩擦狀態更加穩定，并且在進入穩定的摩擦狀態后，其摩擦系數也更小，說明經過納米化后的基體表面得到的鍍層減摩性能較好。

圖7為經過納米化處理后基體表面鍍層在摩擦磨損試驗后的形貌，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，說明經過納米化處理后基體表面鍍層的耐磨性能較好。

4 小結

（1）本實驗在表面經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，并且構成鍍層的胞狀組織大小均勻，鍍層結合致密。

（2）經過納米化處理后，基體表面沉積Ni-P合金層的速度較快，基體與鍍層的結合力較好，基體表面沉積的鍍層耐磨性能也較好。

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