复合层及其电镀形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种自润滑层，具体地说是一种Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层。本发明也涉及一种Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层的电镀方法。
【背景技术】
[0002]摩擦是机械设备运转中不可避免的现象，摩擦使能量以热量的形式散发掉，这造成大量的能源和资源浪费。摩擦的危害不仅是浪费资源，摩擦导致接触表面的材料磨损，使机械运转部件逐渐丧失精度、稳定性和可靠性，甚至造成设备失效。因此，减小摩擦和减轻磨损一直是广大学者不懈研究和探索的课题。
[0003]铜锡合金是常用的耐磨减摩材料，在滑动轴承中有着广泛的应用。但是在真空、低温、高温等一些极端条件下，采用普通的油脂润滑就无法实现设备的良好润滑，部分设备有可能长时间处于干摩擦状态，不但造成设备的巨大磨损，而且影响生产的正常进行。
[0004]PTFE (聚四氟乙烯)是已知摩擦材料中摩擦系数最低的材料，其在自润滑镀层中的应用受到极大的重视。PTFE是有机高分子材料，具有长链带状结构，而且是结晶薄层与非结晶部分交替排列，非结晶部分容易滑动，使其具有极低的摩擦系数，同时也有容易磨损的缺陷。
[0005]复合有PTFE颗粒的Cu-Sn-PTFE复合镀层，依靠材料本身或其转移膜的低剪切特性而具有优良的抗磨和减摩作用，一定程度上解决了滑动轴承在干摩擦条件下的润滑问题。例如在航空涡扇增压发动机中，许多结构需要利用到关节轴承以保证其实现需要的功能。但是苛刻的环境要求其必须具备良好的自润滑性能，通过在其表面镀覆Cu-Sn-PTFE复合镀层，解决了自润滑这一难题。但是由于PTFE质软，易磨损的特性，造成了 Cu-Sn-PTFE复合镀层硬度低、耐磨性能差的缺陷。并且由于PTFE颗粒比表面积和表面能都较大，在镀液中极易聚集成团块，使其在镀液中均匀稳定地分散变得极为困难。PTFE因为具有诸多优点而使其成为其它物质无法替代的防腐和摩擦材料。但是同时，PTFE存在的缺陷和不足也限制了它的广泛应用。
[0006]纳米T12是最常见的纳米材料之一，因为其具有良好的化学稳定性、分散性、机械强化性，紫外线屏蔽作用强，而备受关注。溶胶凝胶法是一种制备纳米1102的方式，将化合物在液相下混合，进行水解、缩合化学反应，制备成稳定透明胶体体系，然后形成凝胶，通过烧结、干燥制备出纳米尺度粒子。溶胶凝胶法制备纳米微粒受到众多因素影响，温度、PH值，各成分混合量等等，都影响反应的成败、胶体稳定性、形成凝胶时间。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种具有耐磨损、摩擦系数小、显微硬度高、致密性好、综合性能优良的Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层。本发明的目的还在于提供一种Cu-Sn-PTFE-T1 2复合层的电镀形成方法。
[0008]本发明的Cu-Sn-PTFE-T12复合层，是含有铜、锡、聚四氟乙烯和T12四种物质的复合层，所述复合层中各元素所占的质量百分比分别为Cu 80%?92%、Sn 4%?11%、F2%?3%、Ti 0.5%?
[0009]本发明的Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层的电镀形成方法为:
[0010]纳米聚四氟乙烯分散到非离子表面活性剂中得到聚四氟乙烯分散液，纳米1102溶胶分散到阳离子表面活性剂得到T12溶胶分散剂，将Cu-Sn镀液加热到40?60°C并保持恒温搅拌，在稳定的温度下向其中缓慢加入聚四氟乙烯分散液，再缓慢加入1102溶胶分散剂，形成电镀液，
[0011]将经过表面处理的金属工件在所述电镀液中电镀形成Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层，所述电镀的工艺条件为:温度35?45°C，机械搅拌转速为100?200r/min，pH值为9?10，电流形式为脉冲电流，电流密度为1.5?3.5A/dm2,占空比为35%?85%，频率为50?5000Hz ο
[0012]本发明的Cu-Sn-PTFE-Ti02复合层的电镀形成方法还可以包括:
[0013]1、聚四氟乙烯添加量为I?40g/L。
[0014]2、T12溶胶添加量为I?120ml/L。
[0015]3、所述Cu-Sn镀液中的主要成分及含量是焦磷酸钾(K4P2O7.3H20) 250?270g/L，焦磷酸铜(Cu2P2O7) 20 ?25g/L，酒石酸钾钠(KNaC4H4O6.4H20) 30 ?35g/L，锡酸钠(Na2SnO3.3Η20)40 ?50g/L，硝酸钾(KNO3) (40 ?45)g/L，柠檬酸钠(Na3C6H5O7.2Η20) (20 ?25)g/L0
[0016]本发明将PTFE以分散液的形式加入到复合镀液中，其有益效果比成品PTFE乳液的分散效果更好，工艺简单、镀层更均匀，有利于提高镀层的综合性能。将T12以溶胶的形式加入到复合镀液中，其有益效果比纳米T12粉末的分散效果更好，可以得到更加均匀的复合镀层。通过打02的弥散强化作用，制备出性能优异的Cu-Sn-PTFE-T1 2复合镀层，解决了目前Cu-Sn-PTFE复合镀层硬度低、耐磨性能差的缺陷。
[0017]电镀法制备Cu-Sn-PTFE-Ti02复合镀层具有两个显著的特点:①通过制备PTFE分散液，溶胶1102的形式，得到分散性良好，成分均匀的复合镀液。②通过纳米T1 2的弥散强化作用，得到耐磨损性能优异、摩擦系数低、致密性好、耐蚀性好的Cu-Sn-PTFE-T12复合镀层。可以解决一些特殊工况下，滑动轴承在干摩擦条件下的润滑问题，这方面的研究及应用还未有相关报道。
[0018]本发明找到了一种新型电镀方法，通过制备PTFE (聚四氟乙烯)分散液，溶胶T12的形式，制备出具有耐磨损、摩擦系数小、显微硬度高、致密性好、综合性能优良的&!-511^^1^-1102复合镀层，很好的解决了目前在真空、低温、高温等一些极端条件下滑动轴承的自润滑问题，同时也提供了一种操作简单、成本低、无污染、安全的电镀方法。
[0019]本发明通过电镀方法制备出Cu-Sn-PTFE-T12复合镀层。镀层为在金属零部件表面镀覆一层含有铜、锡、PTFE (聚四氟乙烯)、T12四种物质的复合镀层，其有益效果为提高镀层的耐磨损性、显微硬度、降低摩擦系数。
[0020]本发明的Cu-Sn-PTFE-T12电镀方法，包含有基体前处理，镀液的配制，电镀后试样的后处理。包括被镀基体的打磨、超声水洗、碱洗除油、水洗、快速吹干、称重、酸洗、水洗、浸渍液浸泡后放入电镀液中进行电镀。电镀后的试件取出后用去离子水冲洗、放在酒精中进行超声清洗、重复此步骤三遍、快速吹干、称重、再放入酒精中超声清洗、快速吹干后立即放入干燥箱中。其有益效果分别为增强基体与镀层之间的结合力，使镀层可以充分发挥其优异性能和去除基体表面镀液的残留物，防止空气中其它物质污染镀层表面，影响其检测效果。
[0021 ] Cu-Sn镀液中主盐为铜盐(焦磷酸铜)和锡盐(锡酸钠)，酒石酸钾钠在镀液中充当辅助络合剂的角色，硝酸钾是电镀中常用的去极化剂，可以降低阴极的极化，提高阴极的电流密度上限。
[0022]制备的PTFE分散液，是由纳米级PTFE粉末，采用非离子表面活性剂对粉末进行分散得到。加入PTFE分散液的方法，先将Cu-Sn镀液放入水浴锅中加热到40?60°C，取出放在磁力搅拌器上，保持恒温搅拌，转速300r/min，然后在稳定的温度下向其中缓慢的