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        軸承知識
        滑動軸承減摩層電鍍工藝概述(3)
        影響軸瓦減摩鍍層質量的有關因素   4.1 鉛錫銅三元合金減摩層電鍍液的文獻配方及工藝參數   文獻[3~10、20、23~24]中發表的鉛錫銅三元合金鍍液中有關成分的含量及工藝參數歸納如下:   Pb2+(以Pb(BF4)2的形式加入):80~333g/ι;   Sn2+(以Sn(BF4)2的形式加入):5~33.3g/ι;   Cu2+(以Cu(BF4)2的形式加入):2~11g/ι;   HBF4(游離):40~300g/ι;   H3BO3(游離):15~40g/ι;   穩定劑:2~12g/ι;   添加劑:0.1~5g/ι;   陰極電流密度(DK):1~8A/dm2;   溫度(T):15~30℃;   時間(t):15~35min;   鍍層厚度(δ):15~30μm;   陽極的組成:PbSn8~11。   4.2 影響減摩鍍層質量的有關因素   從上述配方中可以看到,無論是成分含量還是工藝參數,其范圍都太寬;為適應生產要求,有必要進一步尋優,在進行尋優試驗之前先對影響減摩鍍層質量的有關因素進行必要的分析,以確定正交試驗中各因子水平的可行域。   4.2.1 主鹽離子濃度的影響   鍍液中的主鹽離子為Pb2+、Sn2+、Cu2+。其中的Sn2+、Cu2+的含量可根據合金鍍層中Sn、Cu的重量百分含量進行相應的調整,可以滿足用戶對鍍層成分含量的要求。因此對主鹽離子而言,僅就鍍液中的Pb2+含量對鍍層質量的影響進行討論。   鍍液中的Pb2+為合金鍍層提供主要組分,文獻報道的含量范圍為80~333g/ι。如果其濃度較高,則允許使用較高的陰極電流密度,沉積速度快;但分散能力降低,帶出損失較大。如果其濃度較低,則分散能力較好,但沉積速度較慢。如果含量太低則鍍液的濃差極化太大,電流升不上去,鍍層易出現氣流條紋缺陷和棱錐形的微觀金相結構,直觀上體現為鍍層粗糙。如果含量過高則一方面使鍍液帶出損失增大,增加成本;另一方面在氣溫較低時易發生硼酸(H3BO3)及添加劑的析出現象,從而造成鍍層粗糙。適宜的含量是DK升至工藝規定的上限,且鍍層結晶細致;在氣溫降至15℃以下時,鍍液中應無硼酸及添加劑的析出現象。   4.2.2 游離氟硼酸(HBF4)濃度的影響   其主要作用為促使陽極正常溶解;防止二價錫(Sn2+)的氧化和抑制主要離子(Pb2+、Sn2+、Cu2+)的水解,提高鍍液的穩定性;提高導導性及分散能力;細化結晶。   文獻報道的含量范圍為40~300g/ι。   當游離氟硼酸的含量過低時,它離解出的氫離子(H+)濃度低,鍍液中可能發生如下水解反應;   Pb2++2H2O<==>Pb(OH)2↓+2H+   Sn2++2H2O<==>Sn(OH)2↓+2H+   Cu2++2H2O<==>Cu(OH)2↓+2H+.   它們都生成氫氧化物沉淀而懸浮于鍍液中。電鍍時,它們粘附于基體表面或夾雜在鍍層內,使得鍍層與基體之間的結合力下降,且鍍層發脆、粗糙、起花斑,從而鍍層的耐磨性及抗疲勞強度等性能明顯下降。   當鍍液中的游離氟硼酸含量過高時,在鍍件的高電流密度處,即軸瓦有毛刺的地方或銳邊、端面等有氫氣析出。其結果是在軸瓦鍍層上面產生氣流條紋和針孔缺陷。同時,因為邊緣效應和尖端放電使得高電流密度處沉積太快,鍍液中的主鹽離子來不及補充,即由表面擴散或形核控制轉變成液相傳質控制,濃差極化增大得使軸瓦內表面(陰極)發生如下電化學副反應:   2H++2e<==>H2↑   從上述反應可以看出,當氫離子(H+)濃度(即相應的游離氟硼酸的濃度)增高時,平衡向右邊移動,促進氫氣(H2)的生成。析氫的結果不僅會使鍍層出現氣流條紋和針孔等缺陷,而且還會由于初生態的氫(H——即氫自由基)向鍍層內部滲透形成金屬氫化物而產生晶格扭曲及螺紋錯位現象。如果用掃描電鏡(SEM)觀察該鍍層斷面的微觀形貌,可以發現其晶體呈大棱錐結構[7],直觀上則是鍍層粗糙。另一方面,形成的金屬氫化物是不穩定物質,經烘烤加熱檢驗時會分解而釋放出氫氣(H2)從而使鍍層發生鼓泡現象。 4.2.3 游離硼酸(H3BO3)含量的影響   文獻[7、11~24]報道的含量為15~40g/ι。   在鍍液中存在如下化學平衡:   HBF4+3H2O<==>H3BO3+4HF   HF<==>H++F-   2F-+Pb2<==>PbF2↓   當鍍液中硼酸的含量過低時,上述三個平衡皆向右移動,Z終導致有害的PbF2沉淀的生成。因此,一定量的游離硼酸起穩定游離氟硼酸的作用。   PbF2的溶度積為KSP=4.0×10-8moι/ι。根據溶度積原理,當[F-]2[Pb2+]≥KSP=4.0×10-8moι/ι時,鍍液中就可能生成PbF2沉淀。設鍍液中的[Pb2+]為0.68moι/ι(即140g/ι),將[Pb2+]、KSP之值代入上式得:   [F-]2×0.68≥4.0×10-8moι/ι。   經計算得:   [F-]≥10-3.62moι/ι=0.0002399moι/ι   =0.0045556moι/ι   =4.556mg/ι   4.556ppm   由上述計算可知,當鍍液中游離的[F-]大于4.556ppm時,就會成PbF2沉淀,使得鍍液渾濁。在這樣的鍍液中進行電鍍時,鍍層會出現麻點、凹坑、粗糙和起泡等缺陷。   由此可見,鍍液中足量的游離硼酸是通過抑制游離氟硼酸的離解,把游離的[F-]控制在低于PbF2沉淀析出的程度,從而在一個方面穩定鍍
        發布時間:2005-03-02


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