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滑动轴承减摩层的电镀新工艺之三
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
4.2.3 游离硼酸(H3BO3)含量的影响 文献[7、11~24]报道的含量为15~40g/ι。 在镀液中存在如下化学平衡： HBF4+3H2OH3BO3+4HF HFH++F-2F-+Pb2PbF2↓ 当镀液中硼酸的含量过低时，上述三个平衡皆向右移动，最终导致有害的PbF2沉淀的生成。因此，一定量的游离硼酸起稳定游离氟硼酸的作用。 PbF2的溶度积为KSP=4.0×10-8moι/ι。根据溶度积原理，当[F-]2[Pb2+]≥KSP=4.0×10-8moι/ι时，镀液中就可能生成PbF2沉淀。设镀液中的[Pb2+]为0.68moι/ι(即140g/ι)，将[Pb2+]、KSP之值代入上式得： [F-]2×0.68≥4.0×10-8moι/ι。 经计算得： [F-]≥10-3.62moι/ι=0.0002399moι/ι =0.0045556moι/ι =4.556mg/ι 4.556ppm 由上述计算可知，当镀液中游离的[F-]大于4.556ppm时，就会成PbF2沉淀，使得镀液浑浊。在这样的镀液中进行电镀时，镀层会出现麻点、凹坑、粗糙和起泡等缺陷。 由此可见，镀液中足量的游离硼酸是通过抑制游离氟硼酸的离解，把游离的[F-]控制在低于PbF2沉淀析出的程度，从而在一个方面稳定镀液。 当镀液中游离硼酸的含量过高时，在气温降低的情况下会析出大量结晶，电镀时使得镀层非常粗糙，并影响底层与基体之间的结合力。 4.2.4 阴极电流密度(DK)的影响 随着DK的升高，镀层中的锡含量增加，并且沉积速度加快，生产效率提高。当DK降低时，有利于镀层结晶的细化。 在实际生产中，为了加速进度，希望将DK升得高些；但是究竟DK升至多少合适要受镀液中的主盐离子，特别是铅离子(Pb2+)含量的制约。 据文献[7]报道，当镀液中的[Pb2+]高达333g/ι时，DK可以升至4A/dm2，且镀层反射面{111}的结构系数仍高达1.42，说明结晶很细。 当镀液中的[Pb2+]为222g/ι时，欲使镀层反射面{111}的结构系数达1.47时，DK只能升到1A/dm2；如果DK升至2A/dm2，反射面{111}的结构系数降为1.14，此时镀层结晶也还较细致。当镀液中的[Pb2+]降为111g/ι，如果DK升至2A/dm2，则反射面{111}的结构系数只有0.63，此时的镀层在微观上讲已经不算细致了，要达到较细致的镀层，DK只能升1.5A/dm2以下。文献[7]声称，DK的升高导致阴极电位的上升。当阴极电位超过560mV(相对于饱和甘汞电极)时，无论浓度及其它工艺参数如何变化，优势的晶面取向都从{111}变化到{100}，即镀层的结晶由细变粗。这种变化与棱锥形晶面的形成有关，是晶核形成及晶体生长的速度控制步骤由表面扩散或形核控制变化为液相传质控制的结果。 4.2.5 稳定剂含量的影响 空气中的氧气(O2)在镀液中具有一定溶解度，它会将镀液中一部分二价锡离子(Sn2+)氧化成四价锡离子(Sn4+)。Sn4+即使在酸浓度很高的溶液中也会形成溶解度极小的Sn(OH)4，继之失去一分子水后生成锡酸(H2SnO3)胶状悬浮物而影响镀层质量。 解决上述问题的办法是在镀液中加入2~12g/ι的氢醌(对一苯二酚)、间一苯二酚或苯酚等抗氧剂。其基本原理是它们与氧反应生成氧化态。通电时，这种氧化态又可在阴极还原成原来的物质。如此反复，大大降低了镀液中氧的含量，延缓了Sn2+的氧化，稳定了镀液。 4.2.6 添加剂含量的影响 在镀液中加入0.1~5g/ι明胶、胨或桃胶等可以提高阴极极化，细化结晶，改善分散能力，还有利于提高镀层中的锡含量。添加剂太少会使镀层疏松、粗糙、发黑；过多会使镀层发脆。 轴瓦减摩镀层的电镀由液相传质、前置转化、电荷传递、表面扩散或形核、形成结晶等五个步骤构成。在形成镀层晶体时，又分为同时进行的两个过程，即结晶核心(晶核)的生成和成长过程。这两个过程的速度决定着镀层结晶的粗细程度。如果晶核的生成速度较快，而晶核生成后的成长速度较慢，则在成晶粒数目较多，晶粒较细。反之晶粒就较粗。也就是说，在电镀过程中当晶核的生成速度大于晶核的成长速度时，就能获得结晶细致、排列紧密的镀层。晶核的生成速度大于晶核的成长速度的程度越大，则镀层结晶就越细致、紧密。 结晶组织较细的镀层，其防护性、功能性和外观质量都较理想。实践表明，提高镀层电结晶时的阴极极化作用，可以提高晶核的生成速度，便于获得结晶细致的镀层。但是当阴极极化作用超过一定范围时，会导致氢气大量析出，从而使镀层变得多孔、粗糙、疏松、烧焦，甚至是粉末状的，质量反而下降。添加剂含量及游离氟硼酸含量太高或主盐浓度太低时，镀层都会出现上述严重缺陷。 4.2.7 温度的影响 随着温度的升高，镀液中各成分的溶解增加，其浓度可取上限范围。这有利于DK的升高，从而沉积速度加快。但温度过高则阳极溶解过快，阳极泥增多，使镀液浑浊、镀层结瘤。同时游离氟硼酸、有机稳定剂等挥发加快，异味增加、环境恶化。 温度过低则游离硼酸易析出，使镀液浑浊、镀层粗糙；同时DK升不上去，沉积速度慢，生产效率低。上一篇：偏航轴承的生产工艺研究
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