电刷镀技术论文(2)
电刷镀技术论文
电刷镀技术论文篇二
正交试验优化复合电刷镀镍铁―金刚石工艺
摘要： 为了获得复合电刷镀镍铁―金刚石的最佳工艺参数，采用正交实验方法研究施镀电压等工艺参数对镀层的厚度及镀层中金刚石含量的影响。结果表明：当施镀电压为12V，施镀温度为50℃，镀笔与工件间的相对运动速度为10m/min，镀液中金刚石含量达到30g/l时能够获得光亮平整的镍铁―金刚石复合镀层，施镀60min，镀层中金刚石含量为11.20%，镀层厚度为33.60μm。镀层的显微硬度为HV870，镀层具有较高的耐磨性能，具有广泛的应用前景。
关键词： 复合电刷镀;镀层;正交试验
中图分类号：TQ153 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2014)24-0318-02
0 引言
电刷镀技术是提高机械装备零部件性能与维修、再制造中广泛采用的一种表面技术。由于单一金属或合金镀层在耐磨性及高温性能等方面的局限性，在金属基体中加入细小的超硬材料粒子的复合电刷镀技术近年来得到了发展[1]。复合电刷镀是利用电刷镀的方法使镀液中的不溶性固体微粒共沉积到被镀基质表面形成复合镀层的一种新的复合镀方法[2]。常用的不溶性固体颗粒包括：非金属元素、金属氧化物、陶瓷等。由于不溶性固体颗粒在复合镀层中的强化作用，使复合镀层具有很好的耐磨、耐蚀性能，因而复合刷镀层具有广阔的应用前景[3]。
目前，国内外都在积极开展复合电刷镀的研究，马亚军[4]等人开展了镍基纳米Al2O3粉末复合电刷镀镀层耐磨性的研究，李卫红[5]等人对电刷镀Ni-PTFE复合镀层工艺进行研究，但对复合电刷镀镍铁―金刚石的研究较少，本文利用复合电刷镀技术在45#钢基体上制备了镍铁―金刚石复合镀层，采用正交试验方法研究施镀电压、施镀温度等工艺参数对镀层的厚度和镀层中金刚石含量的影响，确定了复合电刷镀镍铁―金刚石的最佳工艺参数。
1 试验材料及方法
1.1 设备 本试验采用的主要设备有：SD-30B型刷镀电源，SYB-2型输液泵，HCC-18型磁性测厚仪，leco-334型碳硫分析仪，HX-500型显微硬度仪，XS204电子天平，MM200型摩擦磨损试验机。
1.2 复合镀液配方 复合电刷镀液镍铁―金刚石镀液配方如下：
1.3 工艺流程 预处理(金刚石酸洗、工件除油除锈)――清洗――电净――清洗――活化――清洗――刷镀过渡层――清洗――刷镀工作层――清洗――镀后处理――清洗――干燥。
金刚石预处理过程为：采用0.5-1μm的金刚石微粉放在稀硝酸中煮沸20min，冷却后用蒸馏水冲洗至中性，放在真空炉中烘干。在电净前，试样用砂纸、丙酮除油除锈，电净时，采用1号电净液，工件接负极，镀笔接正极，电压12V;活化时，采用2号活化液，镀笔接负极，工件接正极，电压14V，该镀液配方无需打底层，在不同工艺参数下直接刷镀镍铁―金刚石镀层。
1.4 正交试验设计 试验中采用正交试验方法，考查了施镀电压、施镀温度、镀笔与工件的相对运动速度及镀液中金刚石含量等参数，在不考虑各因素的交互作用的前提下，设计L9(34)正交试验方案，见表1，考查各因素对镀层的厚度及镀层中金刚石含量的影响。
1.5 检测方法 用HCC―18型磁性测厚仪测量镀层的厚度，用leco-334型碳硫分析仪测量镀层中金刚石的含量，用HX-500型显微硬度仪测量镀层的显微硬度，测量时加载时间30S，利用MM200型磨损试验机测量镀层的耐磨损性能。
2 试验结果与分析
2.1 正交试验结果 L9(34)正交试验考查镀层的厚度及镀层中金刚石的含量的试验结果如表2所示。
2.2 工艺参数对镀层厚度的影响 表3所示为不同的因素、水平下镀层厚度的均值和极差。从表3可以看到，镀层的厚度在施镀电压的影响下2水平均值达到最高;在施镀温度的影响下3水平均值达到最高;在镀笔与工件相对运动速度的影响下1水平均值达到最高;在镀液中金刚石含量的影响下2水平均值达到最高。也就是说复合电刷镀镍铁―金刚石复合镀层在60min内镀层厚度达到最大时的最优工艺参数为A2B3C1D2，即：施镀电压为12V，施镀温度为50℃，镀笔与工件的相对速度为10m/min，镀液中金刚石含量为30g/L。在相同因素下，3个厚度均值之间的极差代表了该因素对镀层厚度的影响程度，从表3中可以看到，各因素对镀层厚度的影响从大到小顺序为：A>B>C>D。即对镀层厚度影响最大的是施镀电压，其次是施镀温度和镀笔与工件的相对速度，镀液中金刚石含量对镀层厚度影响较小。
2.3 工艺参数对镀层中金刚石含量的影响 表4所示为不同因素、水平下复合电刷镀镀层中金刚石含量均值与极差。从表4中可以看出，当施镀电压为12V，施镀温度为50℃，镀笔与工件的相对速度为10m/min，镀液中金刚石含量为30g/L时，镀层中金刚石含量为最大。
2.4 镀层的硬度 图1所示为复合电刷镀镍铁―金刚石复合镀层的显微硬度。可见，复合镀层的硬度是普通镍镀层的3倍，这是由于金刚石微粉在复合镀层中均匀分布，提高了镀层的显微硬度。
2.5 涂层的耐磨性能 试件刷镀后在MM200型耐磨试验机上进行干磨损试验，试验结果如图2所示。由图2可以看出，在相同条件下，镍铁―金刚石复合镀层磨痕宽度(d)比普通镀镍层磨痕宽度(d)窄得多，由此可以看出镍与金刚石复合刷镀层具有较高的耐磨性，比镍刷镀层的耐磨性高近6倍。
3 结论
①为得到适宜的镀层厚度和较高的金刚石含量，复合电刷镀镍铁―金刚石最佳工艺参数为：施镀电压为12V，
施镀温度为50℃，镀笔与工件的相对速度为10m/min，镀液中金刚石含量为30g/L。
②镍铁―金刚石复合镀层具有较高的硬度和耐磨性。
③复合电刷镀镍铁―金刚石工艺简单，具有广泛的应用前景。
参考文献：
[1]徐滨士，董世运，马世宁，等.n-Al2O3/Ni复合刷镀层的组织和摩擦磨损特性[J].材料保护，2002，35(6)：6-9.
[2]郭鹤桐，张三元.复合镀层[M].天津：天津大学出版社，1991：8-11.
[3]马亚军，朱张校.电刷镀技术研究的最新进展[J].表面技术，2001，30(6)：5-7.
[4]马亚军，朱张校.镍基纳米Al2O3粉末复合电刷镀镀层的耐磨性[J].清华大学学报，2002，42(4)：498-500.
[5]李卫红，周细应，徐洲，等.电刷镀Ni-PTFE复合镀层工艺研究[J].电镀与涂饰，2008，27(1)：27-29.
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