聚四氟乙烯 ( PTFE) 分子结构含有 13 或 15 个 [一 CFz 一]基化学重复单元，当滑动时，在对偶面上 形成一层哮的润南膜。该润滑膜主要为碳分子结构 单元，具有自润滑特性[I J 。此外，将 PTFE 作为固体微粒进行化学复合沉积所得镀层也具有一些特殊的性能，如耐腐蚀、耐磨损、自润滑等。化学复合镀Ni-P-PTFE 发展较晚，上世纪 80 年代后，欧美各 国、日本等才开始研究该技术。本文采用化学复合 镀技术制备 Ni-P-PTFE 复合镀层，考察了热处理温 度、载荷以及 PTFE 的加入量对镀层摩擦学性能的 影响，并探讨了镀层中 PTFE 的增强机理。
1 实验
1.1 试样制备
试样基底为 10 mm X 10 mm X 10 m m 的 45 结 钢 方形试样，津、回火后的洛氏硬度为 45 48 ，经磨削 加工后起磨面的表面粗糙度为 O . 8μ m。
镀液组成及工艺条件为:硫酸镇 25 g/ L ，次磷酸纳 20 g / L ，醋酸铀 14 g/ L，PTFE 8 mL/ L ，稳定 剂和配位剂适量 ，p H 值 4. 44. 6 ，(85 :::!:: 1) .C ，1 h。镀后试样在箱式电阻炉中经 200 .C ，300 .C ，400.C 热处理 1 h。磨件材料为 GCr15 ，津、回火后 的洛氏硬度为 62 66。
1.2 镀层性能测试
摩擦磨损实验在 MM-200 型磨损试验机上进行，采用开放式边界润滑磨损模式，40 # 机油润滑， 滴油量为 20 滴/ m in。上试样为往复水平移动，移 动频率为 16 次/ m in ，位移量为 1 mm; 下试样角速 度为 200 rad / mi n .
试样的耐磨性通过磨损量测量。采用 10 倍读 数显微镜测量磨痕宽度，每一磨痕测 5 次，取平均 值。通过下式计算磨损量:
式中 :V 为磨损体积，mm3 ;B 为下试样宽度，取 10 mm; b 为磨痕宽度 ，mm ; r 为下试样半径，取 20 口1口1。
使用 1 000 -l N • mm 的摩擦力矩标尺测定摩擦HVin
图 2 为热处理温度对化学镀 Ni-P-PTFE 复合-Aυ副的摩擦力矩。通过-l iqd 下式计算摩擦因数:
式中:μ 为摩擦因数 ;T 为摩擦-句 4AU 力矩，N . m;R 为下-AU
试样半径，取 0.02 m;P 为试样所d--，、 承受的垂直载荷，度计测定镀层硬度，载荷为 1 N。
1.3 热处理实验
PTFE 的软化点为 325 oc 。在 400 oc 下处理较长时间将导致 PTFE 还原成气体单体;而 Ni-P 镀层 经 400 oC 1 h 热处理后，其硬度达到最大值。实验 采用 400 oC 1 h 和 300 oC 2 h+400 oC 10 min 两种 不同的热处理工艺，所得镀层的维氏硬度分别为3 390 MPa和 3 360 MPa ，硬度值很接近，不同于文 献[2J 所提到的两步热处理能使硬度值进一步提高 的说法。
2 结果与讨论
2 . 1 热处理温度的影晌
图 1 为热处理温度对化学镀 Ni-P-PTFE 复合 镀层摩擦因数和比磨损量的影响，载荷为 100 N 。 由图 1 可知:镀层的摩擦因数随着热处理温度的升 高而增大，而比磨损量随着热处理温度的升高而降 低。镀层磨损时，PTFE 微粒直接暴露在镀层表面， 在镀层与滑动摩擦面之间产生一层薄膜。这层薄膜 具有良好的润滑作用且抗剪强度较弱，同时有机聚 合物在滑动过程中易被剪切脱开，所以镀层的摩擦 因数较低，表现出较好的摩擦学性能。经 300 oC 热 处理后，镀层的耐磨性能同比提高。这是由于PTFE 分子有一层惰性的含氟外壳，使其具有突出 的不带性，赋予该复合材料很好的抗咬合性能，这时，PTFE 的自润滑性在磨损过程中起主要作用。
图 2 为热处理温度对化学镀 Ni-P-PTFE 复合镀层表面形貌的影响。
由图 2 可知:镀层未经热处 理及经热处理后的表面形貌均显示出明显的"梨沟"，表面形貌以磨痕为主，且随着热处理温度的升高，磨痕变浅。经 300 oC 1 h ，400 oC 1 h 热处理后，高，磨痕变浅。经 300 oC 1 h ，400 oC 1 h 热处理后，磨痕消失明显，表明较高温度下的热处理提高了镀层的耐磨性能。同时文献 [3-5J 提到:Ni-P 合金镀层在280 oC 时产生相变，生成六角亚稳相 α1 ，的，α3 ，而六角结构类似石墨的层片状结构，具有相似的润滑特性;同时，PTFE 的层片状结构镶嵌在基体内， 起到一定的润滑保护作用，也有利于降低镀层的磨损量，提高复合镀层的摩擦学性能。
2.2 载荷的影晌
图 3 为载荷对化学镀 Ni-P-PTFE 复合镀层摩 擦因数的影响。由图 3 可知:当载荷小于 100 N 时， 镀层的摩擦因数变化很小;当载荷超过 100 N 后，镀 层的摩擦因数明显增大。在较低载荷下，PTFE 发 生一定的变形而形成润滑膜，该润滑膜具有良好的 润滑效果;同时，PTFE 的层中结合力很强，而层间 结合力较弱，易于发生错位迁移，在对偶面上形成的 膜层具有良好的自润滑特性，进一步提高了镀层的 摩擦磨损性能。在较高载荷下，由于 PTFE 变形过 大，润滑膜被磨穿;同时，PTFE 的加入降低了镀层 的硬度，使镀层的塑性变形增加，从而提高了镀层的 摩擦因数。
图 4 为载荷对化学镀 Ni-P-PTFE 复合镀层表面形貌的影响。由图 4 可知:当载荷为 50 N 和100 N时，镀层表面的磨损形貌相差不大，均显示出 明显的"梨沟";而当载荷为 150 N 时，磨痕明显加 深。这一变化趋势和摩擦因数的变化趋势相吻合， 即:在高载荷的条件下，Ni-P-PTFE 复合镀层的耐 磨性能明显减弱，这是由于镀层的硬度较低不能承受高载荷所引起的。
2.3 PTFE 的加入量的影晌
图 5 为 PTFE 的加入量对化学镀 Ni-P-PTFE 复合镀层摩擦因数和磨损量的影响，载荷为 100 N。 由图 5 可知:镀层的摩擦因数在 PTFE 的加入量为8 mL/L 时最小，磨损量也最低，即:此时镀层的耐 磨性能最好。镀层中 PTFE 的质量分数随镀液中 PTFE 的加入量的增大先升高后降低;当 PTFE 的 加入量为 8 mL/L 时，沉积到镀层中的 PTFE 的质 量分数达到最大值;而后，由于 PTFE 在溶液中团 聚，影响了其在镀层中的沉积。由于 PTFE 具有较 好的润滑性能，镀层中 PTFE 的质量分数的增大可 以提高镀层的耐磨性能。
图 6 为 PTFE 的加入量对镀层表面形貌的影响。结合图 5 可知:当 PTFE 的加入量为 1 mL/L时，沉积到镀层中的PTFE的质量分数很小，镀层表面出现"梨沟"，磨损较严重[6] ; 当 PTFE 的加入量大于 3 mL/L 时，镀层中 PTFE 的质量分数增大，镀 层的磨损量降低，磨痕变浅;当 PTFE 的加入量为8 mL/L时，镀层中 PTFE 的质量分数达到最大，磨 损量进一步降低，"梨沟"变浅，镀层表面变得光滑;而后，进一步增大 PTFE 的加入量，镀层的磨损量明显增大，磨损加剧。
3 结论
(1)采用化学复合镀技术获得了 Ni-P-PTFE 复合镀层。热处理实验表明:一步热处理与两步热 处理所得镀层具有相近的维氏硬度。
(2) 摩擦磨损实验表明:Ni-P-PTFE 复合镀层具有良好的摩擦学性能。当 PTFE 的加入量为 8mL/L时，镀层的摩擦因数最小，磨损量最低。
(3) 热处理后的摩擦磨损实验表明:经热处理后，镀层仍具有较低的摩擦因数和良好的耐磨性能。
