專利名稱：鍍有耐機械磨損電鍍層的零件及其電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍍有耐機械磨損電鍍層的零件，并涉及一種生產(chǎn)所述電鍍層的方法。
鍍有電鍍層的零件和許許多多電鍍方法已為人們所知。例如，由德國專利申請公開說明書DE-2358309已知一種這樣的方法，其中細粒狀顆粒在電鍍液中保持懸浮狀態(tài)。這些細粒狀顆粒以機械方式嵌入電解產(chǎn)生的金屬鍍層中，并在繼續(xù)的電解過程中，為所沉積的金屬包裹。為使細粒狀顆粒嵌入金屬鍍層中，需要比較大的機械方面的開支。
由《Oberflaeche(表面)》雜志(1987年，第9期，第13至15頁)刊載的V.Sova和H.Bollhalder所著論文“Erhoehung der V erschleissfestigkeit versilberte G leitkontaktedurch D ispersions-beschichtungen(以復(fù)合鍍層提高鍍銀滑動接點的耐磨性)”已知，銀基材中嵌入異質(zhì)金屬顆粒，降低了所得電鍍層的粘著磨損。這種異質(zhì)金屬顆?？蔀檠趸铩⑻蓟铩⒘蚧锘蛘弋愘|(zhì)金屬，其顆粒度在0.5μm和8μm的范圍之內(nèi)。這種異質(zhì)金屬顆粒的體積含量在1％和5％范圍之內(nèi)。就銀接點結(jié)構(gòu)而言，這種復(fù)合鍍改進了粘著磨損性能，但僅僅當(dāng)對此種接點時常以慣用潤滑劑潤滑時，才能使用這種接點結(jié)構(gòu)。這種鍍層的表面比較相糙，這是因為，一方面，異質(zhì)金屬顆粒的尖棱突出于局部表面，另一方面，具有尖棱的異質(zhì)金屬顆粒在鍍層中形成孔隙。該表面的凹處積存了每次所加的潤滑劑，并隨表面工作時粗糙部分發(fā)生的磨蝕而磨損，故須予以補加。
本發(fā)明如其在各獨立權(quán)利要求中所表征的那樣，實現(xiàn)了這樣一個目的提供一種鍍有電鍍層、較易制造的零件，在該零件中，鍍層鍍覆得當(dāng)鍍層作為接點結(jié)構(gòu)的組成部分使用時，它本身不需要另行潤滑，并闡述了制備這種電鍍層的簡單方法。
因本發(fā)明而獲得的優(yōu)點主要在于，這種鍍層比機械上的要求具有更好的牢固性。這是經(jīng)濟方面的一個重要優(yōu)點，這種鍍層可用常規(guī)的電鍍設(shè)施來鍍制，而不需另外的機械開支。
本發(fā)明的進一步發(fā)展是各從屬權(quán)利要求的主題。
下面詳細闡述本發(fā)明，其進一步發(fā)展及因而所得的優(yōu)點，將在下面借助僅舉例說明一種實施方式的附圖加以闡述。
附圖中，

圖1示出一個鍍有本發(fā)明鍍層的零件的部分截面圖，圖2示出納米級顆粒的截面圖，圖3示出本發(fā)明方法的簡化方框圖，以及圖4示出本發(fā)明另一種方法的簡化方框圖。
附圖中，相同作用的元部件以相同的標號標示。所有對直接理解本發(fā)明并非必需的元部件未予示出。
圖1示出零件1特予簡化的截面示意圖，該零件鍍覆了本發(fā)明的鍍層。零件1的外形可為圓筒形，但它也可具有鍍覆了鍍層的平整表面。零件1的基體材料2由一種金屬或一種塑料組成。當(dāng)基體材料2為塑料時，則在入電鍍液之前先使待鍍表面金屬化，例如以化學(xué)沉積法鍍覆一層金屬層，或者在高真空條件下，蒸鍍一層金屬層。在基體材料2上，鍍有第一金屬層3，該鍍層中嵌有均勻分布的納米級顆粒4。這種納米級顆粒4與減磨或減摩物質(zhì)(材料)一起以化學(xué)-物理方式結(jié)合。所述減磨或減摩物質(zhì)(材料)是一種主成分為表面活性化合物的物質(zhì)。所述第一金屬層3也可由多層相互重疊的各別層組成。對于某些特定的應(yīng)用場合，該第一金屬層3不再覆蓋其它覆層。但在本發(fā)明中，該第一金屬層3則被一層金屬面層5完全覆蓋。該鍍層5具有光滑的表面6。一般，該金屬面層5的硬度比第一金屬層3的硬度更大。
就固定的組件或較慢運動的鍍銀接點結(jié)構(gòu)組件而言，結(jié)果表明，第一金屬層3的厚度以在5μm至15μm的范圍內(nèi)為宜，而金屬面層5的厚度則在約2μm的范圍內(nèi)。在此情況下，金屬面層5以鍍覆硬銀為宜，以使工作特性最佳化。
所述納米級顆粒4可視鍍層預(yù)定使用場合而定，采用進行過相應(yīng)凈化處理的不同材料，例如，碳化物如SiC、WC和TiC，氮化物如AlN和Si3N4，硼化物如TiB，金屬氧化物如ZnO、SiO2、Fe2O3、Bi2O3、PdO、NiO、AgO、TeO、CuO、Sb2O3、TiO2、ZrO2、Al2O3、In2O3、SnO、V2O5、TiO2和MgO以及金屬如W和Ni。該納米級顆粒4可用各該基本材料，以已知方法來制造。該納米級顆粒4的粒度在約5nm至50nm的范圍之內(nèi)，而且在一般情況下，外形為球形。所述納米級顆粒4不具尖棱。電鍍液中，或者加入單種材料組成的納米級顆粒，或者加入兩種或多種材料的混合物組成的納米級顆粒4。為使納米級顆粒4在電鍍液中均勻分布，須對電鍍液進行持續(xù)攪拌。
如果采用結(jié)構(gòu)比上述納米級顆粒4略粗的顆粒，則這種顆粒的化學(xué)-物理作用就會略為變差，這是因為這種顆粒上能集聚較少的表面活性化合物，完全可以想象各種宜于使用這樣一種較粗結(jié)構(gòu)的應(yīng)用場合。特別也有可能的是，結(jié)構(gòu)較粗的顆粒與納米結(jié)構(gòu)化的材料混合使用，以便專門適應(yīng)某些預(yù)先確定的工作要求。
適于在納米級顆粒4上集聚的表面活性化合物，可采用稱為皂的偶極性天然化合物，例如硬脂酸鹽、油酸鹽、棕櫚酸鹽或月桂酸鹽，但也可為合成化合物如磺酸，其中尤其是甲基苯磺酸或十二烷基磺酸，或者氨基醇、多元醇等等。這些化合物以化學(xué)物理方式集聚在納米級顆粒4上，對這種集聚起作用的一般是范德瓦爾力。納米級顆粒4完全或者部分為一種這樣的減磨或減摩化合物包裹，或者為兩種或更多種這樣的減磨或減摩化合物包裹。
圖2中，圖解示出一個納米級顆粒4及其由一種表面活性化合物組成的外殼的剖面圖。該納米級顆粒4例如以Al2O3、ZrO2或TiO2為原料用任何一種已知方法來制造。在該納米級顆粒4上直接集聚氧O，而在氧O上集聚一種烴類化合物R1。圖中，在該烴類化合物R1上例如集聚了氨基醇(Aminoalkohol)NH2·R·CH2OH，如果所述納米級顆粒4嵌于第一金屬層3中，則所述氨基醇被視為對減磨或減摩起決定性作用的組分。但納米級顆粒4上另外還直接集聚了羥基OH，羥基上的氫被所積聚的氧O從電解液的水中取得。所述羥基OH的氫離子帶正電荷，故而納米級顆粒4總體帶正電荷。如此帶正電荷的納米級顆粒4就象溶解的金屬一樣，在電鍍液的電場中向陰極遷移，并在陰極上同所溶解金屬一起在待鍍零件上脫聚。以此方式不需另外的助劑就能使納米級顆粒4非常均勻地分布在第一金屬層3中，由所嵌入的納米級顆粒4形成的殼層就產(chǎn)生均勻的潤滑作用。
在正常大氣條件下，即使以氮化物、硼化物、碳化物及金屬為基本材料的非氧化物納米級顆粒4也會蒙上一層極薄的氧化物層，正如上面關(guān)聯(lián)到圖2中納米級顆粒4的敘述那樣，在鍍液中加入納米級顆粒4后，該氧化物層能進行同樣的化學(xué)物理表面反應(yīng)。
許多這樣的化合物早已在常規(guī)的電鍍液中用作潤濕劑，但它們作為減磨或減摩作用劑的另外有利的可用性至今尚未利用過。只有與允許以足以產(chǎn)生良好潤滑的量用化學(xué)物理方式集聚這些化合物、且其本身不存在又能抵銷所產(chǎn)生的潤滑作用的棱角的納米級顆粒4結(jié)合，才能將磨損或摩擦減到合宜的程度。因此，第一金屬層3可看作起自潤滑作用的鍍層。
這樣的鍍層可在接點結(jié)構(gòu)中用作接點表面?？梢韵胂?，這種鍍層有著許多特殊應(yīng)用。鍍覆過的零件1可在接點部件中作為固定或較慢運動的組件中同一個活動的、在該零件1上滑動或滾動的金屬組件一起協(xié)同動作。舉例來說，零件1可構(gòu)成電源開關(guān)的穩(wěn)定額定電流接點。而且作為在此固定接點上滑動的組件，可設(shè)有一個配設(shè)多個鍍銀指針或配設(shè)多個鍍銀螺旋接點的活動相對接點。一方面，電源開關(guān)中和配能裝置中的接點轉(zhuǎn)變因這種新式的鍍銀接點而得以改善；另一方面，舉例來說，繼電器中鍍金接點部分也能更加耐久，或者同樣壽命時，可鍍設(shè)更薄的鍍層，在這種接點件數(shù)巨大時，這可大大節(jié)省材料。
就鍍銀接點區(qū)域在金屬外殼內(nèi)充SF6氣體的氣體隔離開關(guān)裝置中的使用而言，可特別有利地使用主要為碳化物與金屬、以已知方法凈化過的納米級顆粒4。這種納米級顆粒4的粒度約為5nm至15nm。此種納米級顆粒4不受通常情況下裝在金屬外殼中的氣體隔離開關(guān)裝置內(nèi)作隔離劑兼滅(電)弧劑用的六氟化硫的分解產(chǎn)物作用，從而第一金屬層3的潤滑性能不因這種分解產(chǎn)物而降低。這種集聚在納米級顆粒4上的化合物，使接點的壽命特別長。這里所產(chǎn)生的磨料粉末由比較小的磨料顆粒組成，它不產(chǎn)生臨界粒度的磨料顆粒，這種顆粒在裝于金屬外殼中的氣體隔離高壓裝置中的電場中遷移，并且引起飛弧(火花放電)。
這種鍍層也能適宜地用作滑動軸承或者機械上所要求的其它軸頸的表面。就軸頸而言，零件1構(gòu)成固定的或慢速運動的組件，與活動的、在零件1上滑動或滾動的金屬組件協(xié)同動作。
也有可能提供鍍有本發(fā)明鍍層的日用品，例如餐具、首飾(裝飾品)、塑料時髦飾品(Modeschmuck)等等，以便改善其耐久性，或者節(jié)省鍍層材料。就鍍銀餐具而言，如上所述，嵌有納米級顆粒4的第一金屬層3連同減磨集聚物，以及鍍于其上的面層5是高光亮鍍銀層。此面層5會慢慢在磨破，在這些最常用的部位上顯露出第一金屬層3。由于有了這些摻加的納米級顆粒4，第一金屬層3才如此耐磨，以致餐具的繼續(xù)磨損變得特別慢，而對餐具的光學(xué)印象只產(chǎn)生不明顯的影響。
零件1上制備耐磨電鍍層的方法有著下列方法步驟a)向不停攪拌著的第一種電鍍液中加入納米級顆粒，b)向所述第一種電鍍液中加入能在納米級顆粒上集聚、以一種表面活性化合物為主成分的材料的顆粒，
c)向所述第一種電鍍液中放入待鍍零件1，d)進行電鍍過程直至零件1上鍍覆了第一層以金屬為主的鍍層，以及e)從電鍍液中取出零件1。
所述零件1現(xiàn)在鍍覆了第一金屬層3。該第一金屬層3可為單層結(jié)構(gòu)或者也可為由多層相同層組成的結(jié)構(gòu)。原則上也可以使該第一金屬層3由多層不同金屬組成，但這些層都各摻雜了納米級顆粒4。如果該第一金屬層3用于軸承，則一般不另外鍍覆面層5。納米級顆粒4上所集聚、起潤滑作用的化合物，其完整的作用一開始就得到保證。
如果舉例來說，所鍍覆的零件1用于接點結(jié)構(gòu)，則第一金屬層3鍍以金屬面層5，而且上列工序之后接續(xù)下述工序f)將所鍍覆零件1放入第二個電鍍液中，g)再進行至少一個電鍍過程，直至零件1上鍍覆了完全覆蓋第一金屬層的金屬面層5，而且h)從第二個電鍍液中取出鍍有兩層的零件1。
在第一種電鍍液和第二種電鍍液中，多數(shù)情況下溶解了同種金屬，但當(dāng)特殊用途要求時，也可以在一個或兩個電鍍液中至少溶解兩種不同的金屬。如此，各金屬層的硬度可用簡單的方法來適應(yīng)各種工作要求。
第一種電鍍液中加入0.002-0.20％(重量)的納米級顆粒4。事實表明，這樣就可以使第一金屬層3的組成最佳。以表面活性化合物為主成分的材料，以與納米級顆粒4相適應(yīng)的較小量加到在第一種電鍍液中，此時要注意對這種材料進行連續(xù)摻加。如果納米級顆粒4的量和這種材料的量不互相適應(yīng)，則納米級顆粒4常會形成不希望產(chǎn)生的團塊，在電鍍液中下沉，從而不能保證納米級顆粒4在第一金屬層中均勻分布。但若注意了所提及到的量，則電鍍液的濃度就不會受到明顯影響。
附圖標示號對照表1 零件2 基體材料3 第一層鍍層4 納米級顆粒5 面層6 表面O 氧R1烴類化合物NH2·R·CH2OH 氨基醇OH羥基
權(quán)利要求
1.鍍有耐機械磨損電鍍層的零件，其特征在于，—在所述鍍層的至少一層第一金屬層(3)中嵌有均勻分布的納米級顆粒(4)，該納米級顆粒(4)與至少一種減磨或減摩的材料以化學(xué)-物理方式結(jié)合。
2.權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，—所述至少一層第一金屬層(3)被一層金屬面層(5)完全覆蓋。
3.權(quán)利要求2所述的零件，其特征在于，—所述金屬面層(5)的硬度比所述第一金屬層(3)的硬度大。
4.權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，—所述至少一種減磨或減摩的材料選自一種主成分為表面活性化合物的材料。
5.前列諸權(quán)利要求中任何一項所述的零件，其特征在于，—所述零件(1)在接點組件或軸承組件中作為固定或較慢運動的部件與在所述零件上滑動或滾動的活動金屬部件協(xié)同動作。
6.權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，—所述納米級顆粒(4)的粒度在5nm至50nm范圍之內(nèi)。
7.權(quán)利要求2或3中任何一項所述的零件，其特征在于，—所述第一金屬層(3)的基材以為銀主要成分；以及—所述金屬面層(5)經(jīng)電鍍硬銀制成。
8.權(quán)利要求2或3中任何一項所述的零件，其特征在于，—所述第一金屬層(3)的厚度在5μm至15μm的范圍之內(nèi)；以及—所述金屬面層(5)的厚度在約2μm的范圍之內(nèi)。
9.權(quán)利要求2或3中任何一項所述的零件，其特征在于，—所述第一金屬層(3)和所述金屬面層(5)由不同的金屬或金屬合金組成。
10.權(quán)利要求4所述的零件，其特征在于，—表面活性化合物或者采用被稱作皂的偶極性天然化合物，或者采用合成化合物如磺酸或氨基醇或多元醇。
11.權(quán)利要求10所述的零件，其特征在于，—用作偶極性天然化合物的是硬脂酸鹽、油酸鹽、棕櫚酸鹽或月桂酸鹽；以及—作磺酸用的尤其是甲基苯磺酸或十二烷基磺酸。
12.權(quán)利要求1所述的零件，其特征在于，—所述零件(1)為日用品。
13.零件上生產(chǎn)耐磨電鍍層的方法，其特征在于，a)向不停攪拌著的第一種電鍍液中加入納米級顆粒(4)；b)向所述第一種電鍍液中加入能在納米級顆粒(4)上集聚的顆粒，該顆粒由以一種表面活性化合物為主要成分的材料組成；c)向所述第一種電鍍液中放入待鍍零件(1)；d)進行電鍍過程直至所述零件(1)上鍍覆了以金屬為主的第一層(3)；以及e)將零件(1)從所述電鍍液中取出。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，—將所述零件(1)放入第二種電鍍液中；—以至少另一個電鍍過程，在零件(1)上鍍覆完全覆蓋第一金屬層(3)的金屬面層(5)；以及—而后從第二種電鍍液中取出鍍有兩層(3、5)的零件(1)。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，—在第一種和第二種電鍍液中，多數(shù)情況下溶有相同金屬，或者在這兩種電鍍液中至少有一種電鍍液中溶有至少兩種不同的金屬。
16.權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，—作納米級顆粒(4)的基料用的是單一化學(xué)物質(zhì)，或者是至少兩種化學(xué)物質(zhì)的混合物。
17.權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，—一部分所述化學(xué)物質(zhì)或者一部分所述混合物用結(jié)構(gòu)較粗的材料制成。
18.權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，—向第一種鍍液中加入0.002-0.2％(重量)的納米級顆粒(4)，以及—向第一種鍍液中加入其量相應(yīng)納米級顆粒(4)、以表面活性化合物為主要成分的所述物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鍍有耐機械磨損電鍍層的零件(1)，該零件較易于制造，而且所述鍍層在所述零件用作接點結(jié)構(gòu)部件時不需另行潤滑，本發(fā)明對生產(chǎn)這種電鍍層的簡單方法作了說明。至少在所述鍍層的一層金屬鍍層中嵌入均勻分布的納米級顆粒(4)，所述納米級顆粒至少與一種減磨或減摩的物質(zhì)以化學(xué)物理方式結(jié)合。
文檔編號C25D15/00GK1147569SQ96110349
公開日1997年4月16日 申請日期1996年6月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月12日
發(fā)明者E·尤爾克, M·希瑟 申請人:Abb管理有限公司