提花机选针模组用高稳定-强耐磨Ni-P镀层制备及其摩擦学性能

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.250004

摘要/Abstract

摘要：

目前，针对提花机选针模组工况对于高磁导性、耐腐蚀性和高耐磨性的需求，化学镀Ni-P镀层已经被认为是最适合的表面处理技术之一。然而，国内成品药水配方所得镀层在耐磨性方面仍有明显不足。因此，本文提出了一种适合提花机选针模组用的高稳定-强耐磨Ni-P镀层制备方法。在主盐硫酸镍和还原剂次亚磷酸钠的基础上，仅需加入柠檬酸钠和乳酸即可得到质量良好的镀层，并分别研究了镀层与基体之间的结合力、维氏硬度和磨损率。当络合剂调整至最佳用量时，镀层的沉积速率约为10 μm/h，施镀后磨损量较基体降低了400%。镀层与基体之间的结合力约为15 N，镀层的维氏硬度约为1084.3 HV。同时，通过对磨痕显微组织和化学组分的观察，发现磨痕中生成了氧化镍，通过固体润滑的方式有效降低了磨损量。此外，通过对镀液循环性的实验验证了该方法的工业生产能力。本文为工业化制备强耐磨Ni-P镀层提供了一条有效途径，很具实际应用潜力。

关键词: Ni-P镀层, 络合剂, 结合力, 摩擦学性能, 工业化生产

Abstract:

Based on the requirements of high magnetic conductivity， corrosion resistance， and wear resistance for the needle selection module of jacquard machines， electroless Ni-P coating had been considered one of the most suitable surface treatment technologies. However， there were still significant shortcomings in the wear resistance of the coatings obtained from domestic plating solution formulations. Therefore， this article proposed a highly stable and wear-resistant Ni-P coating preparation method suitable for the needle selection module of jacquard machines. On the basis of the main salt （NiSO₄） and reducing agent （Na₂HPO₄）， the coating with well quality was obtained only by adding two complexing agents. The binding force between the substrate and coating， Vickers hardness and the wear rate were investigated respectively. When the complexing agent was adjusted to the optimal dosage， the deposition rate of the coating was about 10 μm/h. The wear rate was 400% decreased after the coating plated. Moreover， 15 N of the binding force and 1084.3 HV of the Vickers hardness were satisfactory results. Meanwhile， by observing the microstructure and chemical composition of the wear scar， it was found that NiO was generated， which helped to reduce the wear rate. Furthermore， the recycling test of plating solution was carried out to verify the industrial production capacity. This finding has provided an efficient way to produce Ni-P coating with ideal tribological properties and looking forward to possessing anticipated potential in industry application.

Key words: Ni-P electroless coating, Complexing agents, Binding force, Tribological properties, Industrial production

中图分类号:

O612.8

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图/表 9

图1 Ni-P镀层的回火温度优化

Fig.1 Optimization of Ni-P coating tempering temperature

图2 不同柠檬酸钠用量下镀层的EDS（A、C、E、G）和SEM（B、D、F、H）图像；用量、沉积速率与硬度之间的关系（I）ρ（柠檬酸钠）/（g·L-1）： A.10； B.10； C.20； D.20； E.30； F.30； G.40； H.40

Fig.2 EDS （A， C， E， G） and SEM （B， D， F， H） images of coatings with different mass concentration of sodium citrate； The relationship between dosage， deposition and hardness （I） ρ（sodium citrate）/（g·L-1）： A.10； B.10； C.20； D.20； E.30； F.30； G.40； H.40

图3 不同乳酸体积分数下镀层的EDS（A、C、E、G）和SEM（B、D、F、H）图像；乳酸体积分数、沉积速率与硬度之间的关系（I）φ（乳酸）/%： A.0.6； B.0.6； C.0.8； D.0.8； E.1.0； F.1.0； G.1.2； H.1.2

Fig.3 EDS （A， C， E， G） and SEM （B， D， F， H） images of coatings with different mass fraction of lactic acid； The relationship between volume fraction of lactic acid， deposition and hardness （I）φ（lactic acid）/%： A.0.6； B.0.6； C.0.8； D.0.8； E.1.0； F.1.0； G.1.2； H.1.2

图4 1个MTO所得4批镀层的EDS（A、C、E、G）和SEM（B、D、F、H）图像；（I）批次、沉积速率与硬度之间的关系（A）、（B）.第1批；（C）、（D）.第2批；（E）、（F）.第3批；（G）、（H）.第4批

Fig.4 EDS （A， C， E， G） and SEM （B， D， F， H） images of 4 batches of coatings in one MTO； The relationship between batches， deposition and hardness （I）（A），（B）.Batch 1；（C），（D）.Batch 2；（E），（F）.Batch 3； G， H.Batch 4

图5 镀液稳定性实验（A）无络合剂与稳定剂镀液；（B）添加络合剂与稳定剂镀液

Fig.5 Stability test of plating solutionA. Without complexing agents and stabilizer； B. Added complexing agents and stabilizer

图6 划痕试验机测试镀层结合力（A）划痕试验机测试结合力过程中的声信号和摩擦系数；（B）划痕SEM图像；（C）、（D）和（E）为划痕末端放大图像以及EDS组分分析

Fig.6 Binding force test by the scratch testerA. Acoustic signal and COF results of binding force test by scratch tester； B. SEM graph of scratch； C， D， E. Enlarged observation and elemental analysis of the end of scratch

图7 （A）镀层与基体在摩擦试验中的摩擦系数；（B）基体的磨痕深度和磨斑三维形貌图；（C）镀层的磨痕深度和磨斑三维形貌图

Fig.7 （A） COF of coating and substrate in the process of friction；（B） The depth and the 3D morphology of the substrate wear track；（C） The depth and the 3D morphology of the coating wear track

图8 镀层（A）与基体（B）的磨损面SEM图；镀层磨损面氧元素（C）和镍元素（D）的分布图

Fig.8 SEM micrographs of the worn surfaces of coating （A） and substrate （B）； O （C） and Ni （D） elements analysis of coating worn surface

图9 （A）镀层表面摩擦试验前后XRD分析结果；（B）摩擦试验后镀层表面EDS元素分析结果

Fig.9 （A） XRD analysis of coating surface and after friction surface；（B） EDS analysis results of elements deposition and content of after friction coating surface

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