一種Cu?Sn?PTFE?TiO2復(fù)合層及其電鍍形成方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供的是一種Cu?Sn?PTFE?TiO2復(fù)合層及其電鍍形成方法。納米聚四氟乙烯分散到非離子表面活性劑中得到聚四氟乙烯分散液，納米TiO2溶膠分散到陽離子表面活性劑得到TiO2溶膠分散劑，將Cu?Sn鍍液加熱到40～60℃并保持恒溫?cái)嚢瑁诜€(wěn)定的溫度下向其中緩慢加入聚四氟乙烯分散液，再緩慢加入TiO2溶膠分散劑，形成電鍍液，將經(jīng)過表面處理的金屬工件在所述電鍍液中電鍍形成Cu?Sn?PTFE?TiO2復(fù)合層。本發(fā)明專利技術(shù)將PTFE以分散液的形式加入到復(fù)合鍍液中，將TiO2以溶膠的形式加入到復(fù)合鍍液中。通過TiO2的彌散強(qiáng)化作用，制備出性能優(yōu)異的Cu?Sn?PTFE?TiO2復(fù)合鍍層。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層及其電鍍形成方法
本專利技術(shù)涉及的是一種自潤滑層，具體地說是一種Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層。本專利技術(shù)也涉及一種Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層的電鍍方法。
技術(shù)介紹
摩擦是機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中不可避免的現(xiàn)象，摩擦使能量以熱量的形式散發(fā)掉，這造成大量的能源和資源浪費(fèi)。摩擦的危害不僅是浪費(fèi)資源，摩擦導(dǎo)致接觸表面的材料磨損，使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件逐漸喪失精度、穩(wěn)定性和可靠性，甚至造成設(shè)備失效。因此，減小摩擦和減輕磨損一直是廣大學(xué)者不懈研究和探索的課題。銅錫合金是常用的耐磨減摩材料，在滑動(dòng)軸承中有著廣泛的應(yīng)用。但是在真空、低溫、高溫等一些極端條件下，采用普通的油脂潤滑就無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備的良好潤滑，部分設(shè)備有可能長(zhǎng)時(shí)間處于干摩擦狀態(tài)，不但造成設(shè)備的巨大磨損，而且影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。PTFE(聚四氟乙烯)是已知摩擦材料中摩擦系數(shù)最低的材料，其在自潤滑鍍層中的應(yīng)用受到極大的重視。PTFE是有機(jī)高分子材料，具有長(zhǎng)鏈帶狀結(jié)構(gòu)，而且是結(jié)晶薄層與非結(jié)晶部分交替排列，非結(jié)晶部分容易滑動(dòng)，使其具有極低的摩擦系數(shù)，同時(shí)也有容易磨損的缺陷。復(fù)合有PTFE顆粒的Cu-Sn-PTFE復(fù)合鍍層，依靠材料本身或其轉(zhuǎn)移膜的低剪切特性而具有優(yōu)良的抗磨和減摩作用，一定程度上解決了滑動(dòng)軸承在干摩擦條件下的潤滑問題。例如在航空渦扇增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，許多結(jié)構(gòu)需要利用到關(guān)節(jié)軸承以保證其實(shí)現(xiàn)需要的功能。但是苛刻的環(huán)境要求其必須具備良好的自潤滑性能，通過在其表面鍍覆Cu-Sn-PTFE復(fù)合鍍層，解決了自潤滑這一難題。但是由于PTFE質(zhì)軟，易磨損的特性，造成了Cu-Sn-PTFE復(fù)合鍍層硬度低、耐磨性能差的缺陷。并且由于PTFE顆粒比表面積和表面能都較大，在鍍液中極易聚集成團(tuán)塊，使其在鍍液中均勻穩(wěn)定地分散變得極為困難。PTFE因?yàn)榫哂兄T多優(yōu)點(diǎn)而使其成為其它物質(zhì)無法替代的防腐和摩擦材料。但是同時(shí)，PTFE存在的缺陷和不足也限制了它的廣泛應(yīng)用。納米TiO2是最常見的納米材料之一，因?yàn)槠渚哂辛己玫幕瘜W(xué)穩(wěn)定性、分散性、機(jī)械強(qiáng)化性，紫外線屏蔽作用強(qiáng)，而備受關(guān)注。溶膠凝膠法是一種制備納米TiO2的方式，將化合物在液相下混合，進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，制備成穩(wěn)定透明膠體體系，然后形成凝膠，通過燒結(jié)、干燥制備出納米尺度粒子。溶膠凝膠法制備納米微粒受到眾多因素影響，溫度、PH值，各成分混合量等等，都影響反應(yīng)的成敗、膠體穩(wěn)定性、形成凝膠時(shí)間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種具有耐磨損、摩擦系數(shù)小、顯微硬度高、致密性好、綜合性能優(yōu)良的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層。本專利技術(shù)的目的還在于提供一種Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層的電鍍形成方法。本專利技術(shù)的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層，是含有銅、錫、聚四氟乙烯和TiO2四種物質(zhì)的復(fù)合層，所述復(fù)合層中各元素所占的質(zhì)量百分比分別為Cu80％～92％、Sn4％～11％、F2％～3％、Ti0.5％～1％。本專利技術(shù)的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層的電鍍形成方法為：納米聚四氟乙烯分散到非離子表面活性劑中得到聚四氟乙烯分散液，納米TiO2溶膠分散到陽離子表面活性劑得到TiO2溶膠分散劑，將Cu-Sn鍍液加熱到40～60℃并保持恒溫?cái)嚢瑁诜€(wěn)定的溫度下向其中緩慢加入聚四氟乙烯分散液，再緩慢加入TiO2溶膠分散劑，形成電鍍液，將經(jīng)過表面處理的金屬工件在所述電鍍液中電鍍形成Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層，所述電鍍的工藝條件為：溫度35～45℃，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速為100～200r/min，pH值為9～10，電流形式為脈沖電流，電流密度為1.5～3.5A/dm2，占空比為35％～85％，頻率為50～5000Hz。本專利技術(shù)的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層的電鍍形成方法還可以包括：1、聚四氟乙烯添加量為1～40g/L。2、TiO2溶膠添加量為1～120ml/L。3、所述Cu-Sn鍍液中的主要成分及含量是焦磷酸鉀(K4P2O7·3H2O)250～270g/L，焦磷酸銅(Cu2P2O7)20～25g/L，酒石酸鉀鈉(KNaC4H4O6·4H2O)30～35g/L，錫酸鈉(Na2SnO3·3H2O)40～50g/L，硝酸鉀(KNO3)(40～45)g/L，檸檬酸鈉(Na3C6H5O7·2H2O)(20～25)g/L。本專利技術(shù)將PTFE以分散液的形式加入到復(fù)合鍍液中，其有益效果比成品PTFE乳液的分散效果更好，工藝簡(jiǎn)單、鍍層更均勻，有利于提高鍍層的綜合性能。將TiO2以溶膠的形式加入到復(fù)合鍍液中，其有益效果比納米TiO2粉末的分散效果更好，可以得到更加均勻的復(fù)合鍍層。通過TiO2的彌散強(qiáng)化作用，制備出性能優(yōu)異的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合鍍層，解決了目前Cu-Sn-PTFE復(fù)合鍍層硬度低、耐磨性能差的缺陷。電鍍法制備Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合鍍層具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn)：①通過制備PTFE分散液，溶膠TiO2的形式，得到分散性良好，成分均勻的復(fù)合鍍液。②通過納米TiO2的彌散強(qiáng)化作用，得到耐磨損性能優(yōu)異、摩擦系數(shù)低、致密性好、耐蝕性好的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合鍍層。可以解決一些特殊工況下，滑動(dòng)軸承在干摩擦條件下的潤滑問題，這方面的研究及應(yīng)用還未有相關(guān)報(bào)道。本專利技術(shù)找到了一種新型電鍍方法，通過制備PTFE(聚四氟乙烯)分散液，溶膠TiO2的形式，制備出具有耐磨損、摩擦系數(shù)小、顯微硬度高、致密性好、綜合性能優(yōu)良的Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合鍍層，很好的解決了目前在真空、低溫、高溫等一些極端條件下滑動(dòng)軸承的自潤滑問題，同時(shí)也提供了一種操作簡(jiǎn)單、成本低、無污染、安全的電鍍方法。本專利技術(shù)通過電鍍方法制備出Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合鍍層。鍍層為在金屬零部件表面鍍覆一層含有銅、錫、PTFE(聚四氟乙烯)、TiO2四種物質(zhì)的復(fù)合鍍層，其有益效果為提高鍍層的耐磨損性、顯微硬度、降低摩擦系數(shù)。本專利技術(shù)的Cu-Sn-PTFE-TiO2電鍍方法，包含有基體前處理，鍍液的配制，電鍍后試樣的后處理。包括被鍍基體的打磨、超聲水洗、堿洗除油、水洗、快速吹干、稱重、酸洗、水洗、浸漬液浸泡后放入電鍍液中進(jìn)行電鍍。電鍍后的試件取出后用去離子水沖洗、放在酒精中進(jìn)行超聲清洗、重復(fù)此步驟三遍、快速吹干、稱重、再放入酒精中超聲清洗、快速吹干后立即放入干燥箱中。其有益效果分別為增強(qiáng)基體與鍍層之間的結(jié)合力，使鍍層可以充分發(fā)揮其優(yōu)異性能和去除基體表面鍍液的殘留物，防止空氣中其它物質(zhì)污染鍍層表面，影響其檢測(cè)效果。Cu-Sn鍍液中主鹽為銅鹽(焦磷酸銅)和錫鹽(錫酸鈉)，酒石酸鉀鈉在鍍液中充當(dāng)輔助絡(luò)合劑的角色，硝酸鉀是電鍍中常用的去極化劑，可以降低陰極的極化，提高陰極的電流密度上限。制備的PTFE分散液，是由納米級(jí)PTFE粉末，采用非離子表面活性劑對(duì)粉末進(jìn)行分散得到。加入PTFE分散液的方法，先將Cu-Sn鍍液放入水浴鍋中加熱到40～60℃，取出放在磁力攪拌器上，保持恒溫?cái)嚢瑁D(zhuǎn)速300r/min，然后在穩(wěn)定的溫度下向其中緩慢的加入PTFE分散液，待PTFE分散液加入完畢后繼續(xù)攪拌5～10min，使其充分溶解。納米TiO2溶膠是由溶膠-凝膠法得到，采用陽離子表面活性劑對(duì)溶膠進(jìn)行分散。加入納米TiO2方法，先將Cu-Sn鍍液放入水浴鍋中加熱到本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種Cu?Sn?PTFE?TiO2復(fù)合層，其特征是含有銅、錫、聚四氟乙烯和TiO2四種物質(zhì)的復(fù)合層，所述復(fù)合層中各元素所占的質(zhì)量百分比分別為Cu?80％～92％、Sn?4％～11％、F2％～3％、Ti?0.5％～1％。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層的電鍍形成方法，其特征是：納米聚四氟乙烯分散到非離子表面活性劑中得到聚四氟乙烯分散液，納米TiO2溶膠分散到陽離子表面活性劑得到TiO2溶膠分散劑，將Cu-Sn鍍液加熱到40～60℃并保持恒溫?cái)嚢瑁诜€(wěn)定的溫度下向其中緩慢加入聚四氟乙烯分散液，再緩慢加入TiO2溶膠分散劑，形成電鍍液，聚四氟乙烯添加量為1～40g/L，TiO2溶膠添加量為1～120ml/L，將經(jīng)過表面處理的金屬工件在所述電鍍液中電鍍形成Cu-Sn-PTFE-TiO2復(fù)合層...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：應(yīng)麗霞，吳珂，呂秀鵬，石洪瑞，朱騰飛，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：哈爾濱工程大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23