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材料的摩擦磨损导致能源和资源浪费、设备失效等问题的产生,造成极大的损失,因此减小摩擦、降低磨损成为表面工程领域的重要研究课题。铜锡合金因其优异的性能是电沉积耐磨减摩复合镀层中常用的基质金属,然而目前的研究多采用直流电镀和对人员、环境危害较大的氰化物镀液,使用脉冲电流和无氰镀液的研究则相对较少。本文使用脉冲电镀的方法,在焦磷酸盐-锡酸盐镀液中制备了具有减摩耐磨功能的Cu-Sn-PTFE复合镀层,并在其基础上制备Cu-Sn-Ni-PTFE复合镀层以进一步提高镀层的性能。本文首先配制Cu-Sn二元合金和Cu-Sn-Ni三元合金镀液,采用表面活性剂配合机械分散的方法制得纳米级PTFE颗粒分散液,并将其加入镀液中形成颗粒分散均匀、状态稳定且性能优异的复合镀液,然后设计实验方案并制备复合镀层,采用控制变量法,分别以脉冲电流密度、频率、占空比和镀液中PTFE加入量作为参数变量制备Cu-Sn-PTFE镀层,再分别以镀液中镍离子浓度和PTFE加入量作为参数变量制备Cu-Sn-Ni-PTFE镀层。为了研究镀层的性能,对镀层的组织成分、表面形貌、显微硬度、耐腐蚀性、沉积速率和摩擦学性能进行了测试和分析,研究工艺参数对镀层性能的影响,并获得性能最为优异的Cu-Sn-PTFE和Cu-Sn-Ni-PTFE复合镀层。研究结果表明,实验使用的复合镀液和工艺过程及参数能够获得质量、性能优异的Cu-Sn-PTFE和Cu-Sn-Ni-PTFE复合镀层,镀层与基体结合良好,均匀平整且缺陷少,PTFE颗粒均匀分布于镀层中。对镀层成分进行EDS分析发现,镀层中F元素比重在1%3%之间,随着镀液中PTFE颗粒浓度的升高,镀层中PTFE颗粒的含量呈先增大后减小的变化趋势,Cu-Sn-Ni-PTFE镀层中Ni元素的比重为1.5%3.5%,并随着镀液中镍离子浓度的增加而逐渐上升。XRD物相分析表明,Cu-Sn-PTFE镀层中金属元素主要以铜单质和铜锡合金的形式存在,而Cu-Sn-Ni-PTFE镀层中主要存在的金属形式为铜单质、铜锡合金、锡镍合金和铜锡镍合金。通过SEM观察镀层形貌发现,镀层表面均匀平整,晶粒细致且组织均匀,未发现烧焦、星尘、麻点和漏镀等缺陷。当镀液中镍离子浓度高于0.1mol/L时,Cu-Sn-Ni-PTFE镀层的晶粒随镍离子浓度的增加而逐渐变大。沉积速率的计算结果表明,Cu-Sn-PTFE镀层的沉积速率主要受电流参数影响,而对于Cu-Sn-Ni-PTFE镀层,镍离子的加入使其沉积速率低于Cu-Sn-PTFE镀层,并随着镍离子浓度的增加而逐渐降低。测试镀层的硬度发现,使用脉冲电镀可以获得硬度较高的Cu-Sn-PTFE镀层,在合适工艺参数下镀层硬度最大值可达HV383,而Ni元素的加入使Cu-Sn-Ni-PTFE镀层的硬度高于Cu-Sn-PTFE镀层,并随着镀液中镍离子浓度的升高而呈先增大后减小的变化,最大值为HV421。使用电化学工作站测得镀层的Tafel曲线,分析发现脉冲电流制备的Cu-Sn-PTFE镀层具有较好的耐腐蚀性,在合适工艺参数下镀层最小腐蚀电流密度仅为8.822×10-6A·cm-2,而加入Ni元素后制备的Cu-Sn-Ni-PTFE镀层,其耐腐蚀性整体上优于Cu-Sn-PTFE镀层。镀层的摩擦学性能在摩擦磨损实验机进行测试,结果表明PTFE颗粒的加入使复合镀层具有优异的耐磨减摩性能,在一定工艺条件下制备的Cu-Sn-PTFE镀层摩擦系数仅为0.1,并且磨损量非常小。Ni元素的加入使Cu-Sn-Ni-PTFE镀层的耐磨性优于Cu-Sn-PTFE镀层,但其摩擦系数较后者略有增加,在0.15左右。对磨痕的研究分析发现,摩擦磨损测试中Cu-Sn-PTFE和Cu-Sn-Ni-PTFE镀层均发生了磨料磨损和黏着磨损,PTFE颗粒在摩擦表面形成了部分润滑膜,起到了降低摩擦系数、减轻磨损的作用。