影响轴瓦减摩镀层质量的有关因素 　　4.1 铅锡铜三元合金减摩层电镀液的文献配方及工艺参数 　　文献[3~10、20、23~24]中发表的铅锡铜三元合金镀液中有关成分的含量及工艺参数归纳如下： 　　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(游离)：40~300g/ι； 　　H3BO3(游离)：15~40g/ι； 　　稳定剂：2~12g/ι； 　　添加剂：0.1~5g/ι； 　　阴极电流密度(DK)：1~8A/dm2； 　　温度(T)：15~30℃； 　　时间(t)：15~35min； 　　镀层厚度(δ)：15~30μm； 　　阳极的组成：PbSn8~11。 　　4.2 影响减摩镀层质量的有关因素 　　从上述配方中可以看到，无论是成分含量还是工艺参数，其范围都太宽；为适应生产要求，有必要进一步寻优，在进行寻优试验之前先对影响减摩镀层质量的有关因素进行必要的分析，以确定正交试验中各因子水平的可行域。 　　4.2.1 主盐离子浓度的影响 　　镀液中的主盐离子为Pb2+、Sn2+、Cu2+。其中的Sn2+、Cu2+的含量可根据合金镀层中Sn、Cu的重量百分含量进行相应的调整，可以满足用户对镀层成分含量的要求。因此对主盐离子而言，仅就镀液中的Pb2+含量对镀层质量的影响进行讨论。 　　镀液中的Pb2+为合金镀层提供主要组分，文献报道的含量范围为80~333g/ι。如果其浓度较高，则允许使用较高的阴极电流密度，沉积速度快；但分散能力降低，带出损失较大。如果其浓度较低，则分散能力较好，但沉积速度较慢。如果含量太低则镀液的浓差极化太大，电流升不上去，镀层易出现气流条纹缺陷和棱锥形的微观金相结构，直观上体现为镀层粗糙。如果含量过高则一方面使镀液带出损失增大，增加成本；另一方面在气温较低时易发生硼酸(H3BO3)及添加剂的析出现象，从而造成镀层粗糙。适宜的含量是DK升至工艺规定的上限，且镀层结晶细致；在气温降至15℃以下时，镀液中应无硼酸及添加剂的析出现象。 　　4.2.2 游离氟硼酸(HBF4)浓度的影响 　　其主要作用为促使阳极正常溶解；防止二价锡(Sn2+)的氧化和抑制主要离子(Pb2+、Sn2+、Cu2+)的水解，提高镀液的稳定性；提高导导性及分散能力；细化结晶。 　　文献报道的含量范围为40~300g/ι。 　　当游离氟硼酸的含量过低时，它离解出的氢离子(H+)浓度低，镀液中可能发生如下水解反应； 　　Pb2++2H2O<==>Pb(OH)2↓+2H+ 　　Sn2++2H2O<==>Sn(OH)2↓+2H+ 　　Cu2++2H2O<==>Cu(OH)2↓+2H+. 　　它们都生成氢氧化物沉淀而悬浮于镀液中。电镀时，它们粘附于基体表面或夹杂在镀层内，使得镀层与基体之间的结合力下降，且镀层发脆、粗糙、起花斑，从而镀层的耐磨性及抗疲劳强度等性能明显下降。 　　当镀液中的游离氟硼酸含量过高时，在镀件的高电流密度处，即轴瓦有毛刺的地方或锐边、端面等有氢气析出。其结果是在轴瓦镀层上面产生气流条纹和针孔缺陷。同时，因为边缘效应和放电使得高电流密度处沉积太快，镀液中的主盐离子来不及补充，即由表面扩散或形核控制转变成液相传质控制，浓差极化增大得使轴瓦内表面(阴极)发生如下电化学副反应： 　　2H++2e<==>H2↑ 　　从上述反应可以看出，当氢离子(H+)浓度(即相应的游离氟硼酸的浓度)增高时，平衡向右边移动，促进氢气(H2)的生成。析氢的结果不仅会使镀层出现气流条纹和针孔等缺陷，而且还会由于初生态的氢(H——即氢自由基)向镀层内部渗透形成金属氢化物而产生晶格扭曲及螺纹错位现象。如果用扫描电镜(SEM)观察该镀层断面的微观形貌，可以发现其晶体呈大棱锥结构[7]，直观上则是镀层粗糙。另一方面，形成的金属氢化物是不稳定物质，经烘烤加热检验时会分解而释放出氢气(H2)从而使镀层发生鼓泡现象。 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+3H2O<==>H3BO3+4HF 　　HF<==>H++F- 　　2F-+Pb2<==>PbF2↓ 　　当镀液中硼酸的含量过低时，上述三个平衡皆向右移动，Z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