CN106119814A - 一种在黄铜上化学镀Ni‑P、Ni‑P‑PTFE复合涂层的表面自润滑技术 - Google Patents

一种在黄铜上化学镀Ni‑P、Ni‑P‑PTFE复合涂层的表面自润滑技术 Download PDF

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Abstract

一种在黄铜上化学镀Ni‑P、Ni‑P‑PTFE复合涂层的表面自润滑技术，先将基体表面抛光处理，经超声波清洗后，对黄铜基体进行化学除油、酸洗活化的前处理工艺，控制Ni‑P层的沉积时间和N‑P‑PTFE镀液中PTFE的浓度，最终获得N‑P‑PTFE涂层作为自润滑层，得到的复合涂层的最小摩擦系数可达0.161。由于适度的Ni‑P层的沉积时间和N‑P‑PTFE镀液中PTFE浓度能够为Ni‑P‑PTFE复合涂层提供更好的沉积条件，使得Ni‑P‑PTFE复合涂层的性能进一步优化，同时由于Ni‑P‑PTFE复合涂层的优良的抗腐蚀性能，该涂层可作为耐摩擦磨损工件的保护涂层，本发明的方法工艺简单、沉积速度快、成本低、结合强度好。

Description

一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑 技术
技术领域
本发明属于材料领域，涉及一种金属表面改性润滑涂层，具体来说是一种在黄铜上镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的方法。
背景技术
材料的摩擦与磨损均发生在材料表面，因此改善机械零部件表面的摩擦性能是一种经济有效的技术手段。近几十年来，表面技术作为一种改善材料表面性能的方法，受到人们的日益关注。从材料表面来研究，提高耐磨性能有两种途径：一是研究具有良好机械特性的表面改性材料及工艺手段；二是研究具有非金属性质的摩擦面(例如石墨、二硫化钼等)的摩擦磨损性能和应用方法。在力学性能的诸多指标中，与摩擦磨损关系最密切的性能参数是硬度，在大多数情况下磨损率都会随硬度的提高而降低，目前对于提高材料表面硬度的研究已经取得了很多成果。但是高硬度并不是影响耐磨性的唯一因素，高硬度往往会带来高的摩擦系数。从摩擦学的基本理论出发，要降低材料的摩擦系数和磨损率，就必须使材料的表面同时具有高硬度和低剪切强度。事实上很难获得这种性能的单一材料，这只能通过在高硬度的基体上制备一层低剪切强度的薄膜来实现。这种薄膜不仅要有利于降低材料的摩擦系数，而且还必须可以阻止材料表面微凸体与对偶件的直接接触，增大承载面积，使垂直于滑行方向的压应力和接触点处的正交切应力都降低，从而抑制接触区域萌生裂纹，降低材料的磨损率，我们称这种涂层材料为减摩材料。
减摩材料是往涂层材料中加入弥散分布的固体润滑颗粒，如石墨、MoS2等，其目的是通过降低摩擦副的摩擦系数来减少滑动摩擦磨损，这类涂层在无润滑条件下也有良好的减摩性，因此又称为自润滑复合涂层。从已有文献看，与金属基或陶瓷基整体自润滑材料相比，涂层材料具有制备工艺简单，成本低，适用于各种尺寸的工件等优点，因而在材料的研究和开发中占有重要地位。多层多组分结构和梯度结构可以更好地抑制单组分的缺点，通过添加其它相来提高涂层的质量，优化涂层，获得比单组分性能更好的固体自润滑涂层。周静、曹兴进等人通过选取具有优异高温性能和一定自润滑性能的高温镍基合金作为复合涂层基体材料，采用等离子喷涂技术研究出具有极佳相容性的高温润滑涂层。认为相容性好的原因是由于涂层的梯度结构优于单层结构，梯度结构缓和了涂层内部的物理性能差异，不仅使涂层的硬度得到平缓过渡，而且使涂层的结合强度大大提高。
目前，将聚四氟乙烯(PTFE)微粒共沉积到化学镀Ni-P涂层中形成Ni-P-PTFE复合涂层是应用最广泛的，PTFE具有很好的化学稳定性、优异的不粘性以及耐高低温性能，尤其是该材料与其他聚合物相比具有最低的摩擦因数（摩擦因数约为0.05）而得到重视。由于Ni-P-PTFE固体润滑膜具有自润滑和减磨功能，因而大大提高了零部件的使用寿命和整机的工作效率，减少了维修麻烦。因此，利用化学镀制备的Ni-P-PTFE复合涂层具有广泛的应用市场。在研究领域，Ni-P-PTFE复合涂层的制备工艺已经做过大量的研究。例如，刘学忠、李超等用化学镀技术在碳钢表面制备Ni-P及Ni-P-PTFE纳米非晶镀层。张庆乐、付传起等研究镀液中活性剂和PTFE含量对复合镀层中PTFE含量、镀层结垢速率的影响。付传起、王迪等研究表面活性剂和纳米PTFE对Ni-P-PTFE镀层力学和摩擦学性能的影响。然而，对Ni-P-PTFE复合涂层是怎么实现它的自润滑性能以及Ni-P-PTFE复合涂层中的PTFE颗粒是怎么影响Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑性能的我们并不知晓。我们只有真正全面地了解Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑机理，才能更好地将Ni-P-PTFE复合涂层的低摩擦耐磨损性能应用到工业生产以及生活中。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，所述的这种在黄铜上镀Ni-P、Ni-P-PTFE的方法要解决现有技术中的黄铜涂层的耐摩擦磨损性能不佳的技术问题。
本发明提供了一种在黄铜上镀Ni-P、Ni-P-PTFE的方法，包括如下步骤：
1)将黄铜基材放入丙酮中，采用超声波清洗；
2)先采用化学法对基体进行除油，然后再利用盐酸溶液进行酸洗活化；化学除油所需的溶液中含有NaOH、Na2CO3 、Na3PO4 ，在所述的溶液中，NaOH的浓度为 60-80g/L，Na2CO3的浓度为 20-60g/L，Na3PO4的浓度为 15-30g/L，溶液加热到70-80℃，然后将基体加入到除油溶液中，除油时间为10-15min，从而使得基体表面的油污被除尽；
3)通过化学镀在基材上镀一层Ni-P，作为过渡层；Ni-P镀液的PH值是4.8，Ni-P镀液的温度为90℃，沉积时间为15min；
4)通过化学镀在Ni-P层上镀Ni-P-PTFE层，作为自润滑层；化学镀Ni-P-PTFE镀液的浓度为50ml/L，PH值是4.8； Ni-P-PTFE镀液温度为80℃。
进一步的，步骤1）中，在所述的在基体上采用丙酮对黄铜基体表面进行超声波清洗；即将基材放入含有丙酮溶液的容器中，浸没，再将容器放置于超声波清洗仪中，功率设置为90w，时间设置为30min，对基材有机除油，获得洁净的基体表面。
进一步的，步骤2）中，盐酸溶液的体积分数为40-60%，将经过除油的基体浸泡盐酸溶液中进行酸洗活化，溶液温度为常温，浸泡时间为3-5min，使得黄铜基体表面的氧化层被除去，得到完全暴露的黄铜基材，让基体的表面活性大大增强，利于接下来Ni-P层的沉积。
本发明的一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，是在黄铜基材上先镀Ni-P层作为过渡层，再在Ni-P层上镀上Ni-P-PTFE层作为自润滑层。所述的双涂层制备首先将基体表面抛光处理，经超声波清洗后，对黄铜基体进行适当的化学除油、酸洗活化的前处理工艺，控制Ni-P层的沉积时间和N-P-PTFE镀液中PTFE的浓度，最终获得N-P-PTFE涂层作为自润滑层，得到的Ni-P-PTFE复合涂层的其最小摩擦系数可达0.161。特别是当过渡层Ni-P层的沉积时间为15min，Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L时得到的Ni-P-PTFE自润滑涂层，涂层微观结构更加致密、均匀。
由于适度的Ni-P层的沉积时间和N-P-PTFE镀液中PTFE浓度能够为Ni-P-PTFE复合涂层提供更好的沉积条件，使得Ni-P-PTFE复合涂层的性能进一步优化，同时由于Ni-P-PTFE复合涂层的优良的抗腐蚀性能，该涂层可作为耐摩擦磨损工件的保护涂层，其制备方法具有工艺简单、沉积速度快、成本低、结合强度好等优点。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明采用化学镀制备Ni-P、Ni-P-PTFE双涂层的基材表面自润滑处理技术，通过优化制备工艺参数，制备出具有优良的摩擦磨损性能和表面均匀的Ni-P-PTFE自润滑涂层。与传统工艺相比，减少了工艺的复杂性，降低了生产成本，同时涂层的摩擦磨损性能得到了提高。
附图说明
图1是实施例2-6在化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为40ml/L，Ni-P层的沉积时间分别为5min、10min、15min、20min和25min下所得Ni-P-PTFE复合涂层的XRD谱图；
图2a是以化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为5min，PTFE浓度为40ml/L，所得的化学镀的Ni-P-PTFE自润滑涂层表面形貌SEM图；
图2b是以化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为10min、PTFE浓度为40ml/L，所得的化学镀的Ni-P-PTFE自润滑涂层表面形貌SEM图；
图2c是以化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为15min、PTFE浓度为40ml/L，所得的化学镀的Ni-P-PTFE自润滑涂层表面形貌SEM图；
图2d是以化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为20min、PTFE浓度为40ml/L，所得的化学镀的Ni-P-PTFE自润滑涂层表面形貌SEM图；
图2e是以化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为25min、PTFE浓度为40ml/L，所得的化学镀的Ni-P-PTFE自润滑涂层表面形貌SEM图；
图3是实施例2-6在化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为40ml/L，Ni-P层的沉积时间分别为5min、10min、15min、20min和25min下所得Ni-P-PTFE复合涂层的硬度和摩擦系数曲线图；
图4、实施例7-10在化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为10ml/L、30ml/L、50ml/L、70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的XRD谱图；
图5a是化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为10ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面形貌SEM图；
图5b是化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为30ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面形貌SEM图；
图5c是化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为50ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面形貌SEM图；
图5d是化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面形貌SEM图；
图6是以化学镀过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE的浓度分别为10ml/L、30ml/L、50ml/L、70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的硬度和摩擦系数曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，但并不限制本发明。
本发明所用的制备、表征和测量仪器：
本发明的各实施例中所得的预镀镍层采用Bruker公司的D8 ADVANCE型Ｘ射线衍射（XRD）仪分析薄膜的晶相结构；
用FEI公司的QuantaFEG450型场发射环境扫描电子显微镜(SEM)分析预镀镍层的微观形貌和厚度；
采用美国Agilent公司生产NANO Indenter G200 型纳米压痕仪测量复合涂层的硬度；
用兰州中科华凯科技有限公司的HSR-2M往复摩擦磨损仪测量复合涂层的摩擦磨损系数；
实施例1
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，其制备过程包括如下步骤：
（1）、将基体放入转装有100mL丙酮的烧杯中，采用超声波清洗10min，功率设置为90W；
（2）、接着采用化学法对基体进行除油，除油温度为70-80℃，时间为10-15min，再利用体积分数40-60%的盐酸对基材进行酸洗活化3-5min；
（3）、利用化学镀在黄铜基体上镀上Ni-P层，作为过渡层，镀液温度为90℃，化学镀过程中镀液的PH值控制在4.8；接着在Ni-P层上镀Ni-P-PTFE层，镀液温度为80℃，化学镀过程中镀液的PH值控制在4.8。
采用基材是H68黄铜试样，长为30mm，宽为25mm，厚度为0.3mm。
在上述的化学镀过程中，控制Ni-P镀液温度为90℃，PH值为4.8，施镀15min得到Ni-P层；控制Ni-P-PTFE镀液温度为80℃，PH值为4.8，在Ni-P层上继续施镀30min得到Ni-P-PTFE层，完成后得到Ni-P-PTFE自润滑涂层，包括基体、Ni-P层和Ni-P-PTFE复合涂层，其自下而上依次为基体Ni-P层和Ni-P-PTFE复合涂层。
实施例2
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为5min，采用基材为H90黄铜。
其它同实施例1。
实施例3
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为10min，采用基材为H70黄铜。
其它同实施例1。
实施例4
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为15min，采用基材为H80黄铜。
其它同实施例1。
实施例5
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为20min，采用基材为H68黄铜。
其它同实施例1。
实施例6
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为25min，采用基材为H59黄铜。
其它同实施例1。
实施例7
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为10ml/L，Ni-P层的沉积时间为15min，采用基材为H68黄铜。
其它同实施例1。
实施例8
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为30ml/L，Ni-P层的沉积时间为15min，采用基材为H70黄铜。
其它同实施例1。
实施例9
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间为15min，采用基材为H59黄铜。
其它同实施例1。
实施例10
一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，只是制备过程的步骤（3）中化学镀过程中Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为70ml/L，Ni-P层的沉积时间为15min，采用基材为H80黄铜。
其它同实施例1
综上所述，本发明通过化学镀技术获得Ni-P-PTFE自润滑涂层，并且通过控制合适的化学镀过程中的Ni-P沉积时间和镀液中PTFE的浓度，最终制得的一种通过化学镀技术获得的Ni-P-PTFE自润滑涂层，涂层结构致密、尺寸均匀，自润滑性能优异。
进一步，本发明的一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，易于工业化生产，生产成本降低。
分别对实施例2-6即化学镀过程中，Ni-P-PTFE镀液中PTFE浓度为50ml/L，Ni-P层的沉积时间分别为5min、10min、15min、20min和25min下所得的Ni-P-PTFE复合涂层进行XRD谱图测定，结果如图1所示，从图1中可以看出，从图3可以观察到，不同Ni-P层沉积时间的XRD图谱中，在16°的位置出现PTFE的衍射峰，45°的位置出现Ni3P的衍射峰，72°的位置出现Ni3S2的衍射峰。随着Ni-P层沉积时间的增加（5min-15min），就是Ni-P层的厚度增加，PTFE形成的结晶衍射峰在逐渐增强，Ni3P的衍射峰也在逐渐增强，但增幅不明显，Ni3P呈现的“馒头包”衍射峰是典型的Ni-P合金涂层的非晶结构，增强了涂层的硬度。当Ni-P层的厚度进一步增加（15min-25min），PTFE形成的结晶衍射峰在逐渐减弱，Ni3P的衍射峰也在有所减弱，Ni3S2的衍射峰的强度则没有明显的变化。
分别对实施例2-6即化学镀Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间分别为15min、10min、15min、20min、25min下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层，所得的表面形貌SEM图分别如图2a、图2b、图2c、图2d和图2e所示，通过图2a、图2b、图2c、图2d和图2e进行对比，实验将Ni-P-PTFE的沉积时间控制在30min，随着Ni-P层的沉积时间的增大，从5min增加到25min，Ni-P层的厚度在不断变大，而Ni-P-PTFE层的厚度呈现先增大后减小的趋势。当Ni-P层的厚度从0.619 µm增大到1.597µm时，Ni-P-PTFE层的厚度也从1.100µm增大到3.974µm；当Ni-P层的厚度继续增厚，从1.597µm增大到3.310µm时，Ni-P-PTFE层的厚度反而会出现变薄的趋势，从3.974µm急剧下降到0.6995µm。Ni-P-PTFE层的沉积厚度出现如此变化的原因是：当Ni-P层沉积时间过短(5min)，获得的Ni-P层比较薄且不均匀，使得形成Ni-P层的晶粒排列不够紧密，但随着沉积时间的延长(10-15min)，Ni-P层将更有机会达到厚度均匀的状态，在沉积时间为15min，即Ni-P厚度为1.597µm时，Ni-P层的厚度达到最佳状态，组织晶粒结构愈加紧致细密，为Ni-P层后的化学镀Ni-P-PTFE创造了有力的沉积条件，使得复合涂层更好的沉积在Ni-P层上，PTFE颗粒均匀的分布在Ni-P-PTFE复合涂层中，与图1 Ni-P-PTFE复合涂层的XRD衍射图的结果分析是一致的。但是如果沉积时间过长(20-25min)，镀液本身的质量由于消耗而下降，导致部分组织颗粒粗化，Ni-P层表面的各处的能量值不一致，导致化学镀Ni-P-PTFE的沉积条件变差，Ni-P-PTFE层很难形成，从而使Ni-P-PTFE复合涂层的厚度开始急剧下降，同时会造成Ni-P-PTFE复合涂层的微观晶粒大小不一致，结构稀疏，晶粒之间的间隙变大，使得Ni-P-PTFE复合涂层与Ni-P层的结合强度降低，Ni-P-PTFE复合涂层的硬度也随之降低，涂层表面的粗糙度也增大，摩擦系数增大，自润滑性能下降。
从图2a、图2b、图2c、图2d和图2e的SEM图的变化趋势可以看出，其与图1化学镀Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间分别为15min、10min、15min、20min、25min得到的Ni-P-PTFE复合涂层的XRD谱图是一致的。
分别对实施例2-6即化学镀Ni-P-PTFE镀液中PTFE的浓度为50ml/L，化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间分别为15min、10min、15min、20min、25min得到的Ni-P-PTFE复合涂层的摩擦系数和硬度进行测试进行测定，并拟合成硬度和摩擦系数曲线如图3所示，从图3的曲线中可以看出可知，当沉积时间从5min增加到25min的过程中，Ni-P-PTFE复合涂层的摩擦系数出现先逐渐减小后快速增大的趋势，硬度出现先增强后急剧降低的趋势。在沉积时间为15min时，Ni-P-PTFE复合涂层的摩擦系数达到最小值为0.161；硬度达到最大值为4.548GPa.
我们结合图1和图2综合分析Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑机理受Ni-P厚度变化的影响趋势。首先，当Ni-P层厚度从0.619 µm增大到1.597µm时，如图2（a）、（b）、（c）所示，Ni-P层的厚度逐渐达到一个均匀致密的状态，非常利于Ni-P-PTFE层的沉积，更加有效的形成Ni-P-PTFE复合涂层，使Ni-P-PTFE复合涂层的网状孔结构也更加均匀致密，PTFE颗粒均匀地被包裹在网状孔结构中。同时，如图3 Ni-P-PTFE复合涂层的XRD衍射图谱所示，PTFE颗粒在沉积时间为15min，即厚度为1.597µm时，其晶粒的结晶状态最好，PTFE颗粒在复合涂层中分布更均匀，颗粒形状更加细小，Ni-P-PTFE复合涂层表面的网状孔的分布均匀致密，所以当Ni-P层的沉积时间为15min时，复合涂层得硬度达到最大为4.548GPa，摩擦系数最低为0.161，Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑性能最好。当Ni-P层的厚度继续增厚，从1.597µm增大到3.310µm时，如图2（d）、（e）所示，随着Ni-P层沉积时间进一步增加(20-25min)，镀液本身的质量由于消耗而下降，导致部分组织颗粒粗化，Ni-P层表面的各处的能量值不一致，使得化学镀Ni-P-PTFE的沉积条件变差，不利于Ni-P-PTFE复合涂层的形成。同时根据图3 Ni-P-PTFE复合涂层的XRD衍射图谱所示，复合涂层中PTFE颗粒的结晶度变差，晶粒的大小不一致，造成Ni-P-PTFE复合涂层的网状孔的空洞结构大小不一致，结构稀疏，使得Ni-P-PTFE复合涂层的硬度随之降低，当涂层表面与物体面接触时，由于硬度低，表面极易被磨损，而且根据自润滑涂层机理，被挤压出来的PTFE润滑颗粒由于大小不一致，不能均匀的分布在接触面，导致涂层的耐磨性变差，从而使得Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑性能大大下降。
分别对实施例7-10即化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE浓度分别为10ml/L、30ml/L、50ml/L和70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层进行X射线衍射谱测定，结果如结果如图4所示，从图4中可以看出，不同PTFE浓度下的Ni-P-PTFE复合涂层的XRD衍射图谱中，在16°的位置出现PTFE的衍射峰，45°的位置出现Ni3P的衍射峰，72°的位置出现Ni3S2的衍射峰。随着PTFE浓度的增加（10-50ml/L)，PTFE形成的结晶衍射峰在逐渐增强，Ni3P的衍射峰也在逐渐增强，但增幅不明显。Ni3P呈现的“馒头包”衍射峰是典型的Ni-P合金涂层的非晶结构的衍射峰，增强了涂层的硬度。当PTFE浓度进一步增加（50-70ml/L），PTFE形成的结晶衍射峰在减弱，Ni3P的衍射峰也有所减弱，Ni3S2的衍射峰的强度则没有明显的变化。
分别对实施例7-10即化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE浓度分别为10ml/L、30ml/L、50ml/L和70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面形貌进行扫描，所得的表面形貌SEM图如图5a、图5b、图5c和图5d所示，通过图5a、图5b、图5c、图5d进行对比，随着PTFE浓度增加，黑色斑点逐渐增多，在PTFE浓度为50ml/L使黑色斑点最多，从50ml/L增加到70ml/L时，黑色斑点又逐渐减少。我们知道Ni-P-PTFE复合涂层是一种网状孔结构，Ni-P合金涂层形成一种网状孔，PTFE颗粒被包裹在Ni-P合金涂层网状孔中，所以我们观察到的黑色斑点就是复合涂层网状孔结构的所包裹的PTFE颗粒。由此我们可以得到，随着PTFE浓度增加，PTFE颗粒在复合涂层中分布更均匀，颗粒形状更加细小，复合涂层表面的网状孔的分布均匀致密，在PTFE浓度为50ml/L时，复合涂层的微观结构达到最佳。当PTFE浓度进一步增大时，复合涂层网状孔结构所包裹的PTFE颗粒分布就变得不均匀，形状大小差异比较大，出现一定量地结块现象，形成的网状孔也分布稀疏。
分别对实施例7-10即分别对实施例7-10即化学镀Ni-P过程中Ni-P层的沉积时间为15min，PTFE浓度分别为10ml/L、30ml/L、50ml/L和70ml/L下所得的Ni-P-PTFE自润滑涂层的表面硬度和摩擦系数进行测定，并拟合成曲线如图6所示，从图6中可以得出，随着PTFE浓度的增加，复合涂层的硬度呈现先减小后增加，再减小的趋势，在PTFE浓度为10ml/L时，达到最大4.908GPa。而复合涂层的摩擦系数则呈现先减小后增大的趋势，在PTFE浓度为50ml/L时，摩擦系数达到最小为0.16。我们结合图4和图5分析得，尽管在45°出现Ni3P衍射峰的强度随PTFE浓度的变化不大，但是对复合涂层的硬度影响还是很明显的。这主要是因为随着PTFE浓度的增加，导致Ni-P-PTFE复合涂层中PTFE颗粒的容积率增加，而且PTFE颗粒是一种软相粒子，当复合涂层表面施加载荷时，表面容易发生塑性变形。当复合涂层随着PTFE浓度的增加，硬度在减小，这是因为PTFE颗粒在复合涂层中分散更广，容积率增大，使得复合涂层表面Ni-P合金的有效面积减小，导致涂层硬度下降。当PTFE浓度从30ml/L增加到50ml/L，硬度有所上升是因为当PTFE浓度为50ml/L时，复合涂层所形成的网状孔结构更加细小致密，PTFE颗粒分布得更均匀，因为PTFE颗粒是包裹在网状孔中，所以与施加力的物理接触面积较小，承受载荷主要还是Ni-P合金涂层表面，所以硬度有所升高。当PTFE浓度从50ml/L增加到70ml/L时，复合涂层网状孔结构所包裹的PTFE颗粒分布就变得不均匀，形状大小差异比较大，出现一定量地结块现象，形成的网状孔也分布稀疏，使得复合涂层的硬度降低的比较明显。
同样根据图4和图5（a）、（b）、（c）、（d）综合分析得，随着PTFE浓度的增加，复合涂层XRD图谱中，PTFE形成衍射峰强度呈现增强后减弱的趋势，表明复合涂层中，当PTFE浓度为50ml/L时，形成的晶体结构最好。根据自润滑涂层的自润滑机理可得知，当复合涂层表面与物体表面发生相互摩擦时，摩擦过程会产生大量热量，这就是摩擦热，它和压应力一起作用，可以使处在自润滑层表层的固体润滑剂挤压出表层，在摩擦化动力作用下，PTFE颗粒被拉扯，形成稳定的化学键，随着摩擦的进行，大量PTFE颗粒被挤压出来，慢慢被磨平覆盖在粘结层表面的，形成PTFE润滑膜。PTFE润滑膜有效地阻止了摩擦副之间的有效接触，无论摩擦面间是形成完整的润滑膜，还是形成部分润滑膜都会起到减摩的作用。所以，当PTFE浓度从10ml/L增加到50ml/L时，复合涂层中PTFE颗粒更加均匀地分布在复合涂层的网状孔结构中，复合涂层表面形成的网状孔更加细小均匀，当复合涂层与物体表面发生摩擦时，PTFE颗粒更加容易被挤出表层，形成均匀的润滑膜，从而大大降低复合涂层的摩擦磨损性能，同时，这种网状孔结构使得Ni-P-PTFE复合涂层与Ni-P层能更好的咬合，大大地提高了涂层之间的结合强度。所以，Ni-P-PTFE复合涂层的自润滑性在PTFE浓度为50ml/L时达到最佳。当PTFE浓度进一步增大时，由于PTFE在Ni-P-PTFE镀液中的浓度过大时，会造成PTFE颗粒在镀液中分散很不均匀，导致复合涂层网状结构中所包裹的PTFE颗粒分散不均匀，形状大小差异较大，形成的网状孔也很稀疏，大小不一致，所以在摩擦时，被“挤压”出来的PTFE颗粒的不易形成均匀的润滑膜，最后造成复合涂层表面的自润滑性能降低，摩擦磨损性能弱。
由以上事例，实现了通过改变化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间和PTFE浓度，进一步优化了制备Ni-P-PTFE复合涂层的工艺：化学镀过程中的Ni-P层的沉积时间为15min；PTFE浓度为50ml/L。在此工艺下制备的Ni-P-PTFE复合涂层结构致密，晶粒尺寸均匀，涂层与基体之间结合紧密，表面自润滑性能最优。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，其特征在于包括如下步骤：
1）将黄铜基材放入丙酮中，采用超声波清洗；
2）先采用化学法对基体进行除油，然后再利用盐酸溶液进行酸洗活化；化学除油所需的溶液中含有NaOH、Na2CO3 、Na3PO4 ，在所述的溶液中，NaOH的浓度为 60-80g/L，Na2CO3的浓度为 20-60g/L，Na3PO4的浓度为 15-30g/L，溶液加热到70-80℃，然后将基体加入到除油溶液中，除油时间为10-15min，从而使得基体表面的油污被除尽；
3）通过化学镀在基材上镀一层Ni-P，作为过渡层；Ni-P镀液的PH值是4.8， Ni-P镀液的温度为90℃，沉积时间为15min；
4）通过化学镀在Ni-P层上镀Ni-P-PTFE层，作为自润滑层；化学镀Ni-P-PTFE镀液的浓度为50ml/L，PH值是4.8； Ni-P-PTFE镀液温度为80℃。
2.如权利要求1所述的一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，其特征在于：
步骤1）中，在所述的在基体上采用丙酮对黄铜基体表面进行超声波清洗；即将基材放入含有丙酮溶液的容器中，浸没，再将容器放置于超声波清洗仪中，功率设置为90w，时间设置为30min，对基材有机除油，获得洁净的基体表面。
3.如权利要求1所述的一种在黄铜上化学镀Ni-P、Ni-P-PTFE复合涂层的表面自润滑技术，其特征在于：
步骤2）中，盐酸溶液的体积分数为40-60%，将经过除油的基体浸泡盐酸溶液中进行酸洗活化，溶液温度为常温，浸泡时间为3-5min，使得黄铜基体表面的氧化层被除去，得到完全暴露的黄铜基材，让基体的表面活性大大增强，利于接下来Ni-P层的沉积。
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