镀有耐机械磨损电镀层的零件及其电镀方法 本发明涉及一种镀有耐机械磨损电镀层的零件，并涉及一种生产所述电镀层的方法。
镀有电镀层的零件和许许多多电镀方法已为人们所知。例如，由德国专利申请公开说明书DE-2358309已知一种这样的方法，其中细粒状颗粒在电镀液中保持悬浮状态。这些细粒状颗粒以机械方式嵌入电解产生的金属镀层中，并在继续的电解过程中，为所沉积的金属包裹。为使细粒状颗粒嵌入金属镀层中，需要比较大的机械方面的开支。
由《Oberflaeche(表面)》杂志(1987年，第9期，第13至15页)刊载的V.Sova和H.Bollhalder所著论文“Erhoehung der V erschleissfestigkeit versilberte G leitkontaktedurch D ispersions-beschichtungen(以复合镀层提高镀银滑动接点的耐磨性)”已知，银基材中嵌入异质金属颗粒，降低了所得电镀层的粘着磨损。这种异质金属颗粒可为氧化物、碳化物、硫化物或者异质金属，其颗粒度在0.5μm和8μm的范围之内。这种异质金属颗粒的体积含量在1％和5％范围之内。就银接点结构而言，这种复合镀改进了粘着磨损性能，但仅仅当对此种接点时常以惯用润滑剂润滑时，才能使用这种接点结构。这种镀层的表面比较相糙，这是因为，一方面，异质金属颗粒的尖棱突出于局部表面，另一方面，具有尖棱的异质金属颗粒在镀层中形成孔隙。该表面的凹处积存了每次所加地润滑剂，并随表面工作时粗糙部分发生的磨蚀而磨损，故须予以补加。
本发明如其在各独立权利要求中所表征的那样，实现了这样一个目的：提供一种镀有电镀层、较易制造的零件，在该零件中，镀层镀覆得当镀层作为接点结构的组成部分使用时，它本身不需要另行润滑，并阐述了制备这种电镀层的简单方法。
因本发明而获得的优点主要在于，这种镀层比机械上的要求具有更好的牢固性。这是经济方面的一个重要优点，这种镀层可用常规的电镀设施来镀制，而不需另外的机械开支。
本发明的进一步发展是各从属权利要求的主题。
下面详细阐述本发明，其进一步发展及因而所得的优点，将在下面借助仅举例说明一种实施方式的附图加以阐述。
附图中，
图1示出一个镀有本发明镀层的零件的部分截面图，
图2示出纳米级颗粒的截面图，
图3示出本发明方法的简化方框图，以及
图4示出本发明另一种方法的简化方框图。
附图中，相同作用的元部件以相同的标号标示。所有对直接理解本发明并非必需的元部件未予示出。
图1示出零件1特予简化的截面示意图，该零件镀覆了本发明的镀层。零件1的外形可为圆筒形，但它也可具有镀覆了镀层的平整表面。零件1的基体材料2由一种金属或一种塑料组成。当基体材料2为塑料时，则在入电镀液之前先使待镀表面金属化，例如以化学沉积法镀覆一层金属层，或者在高真空条件下，蒸镀一层金属层。在基体材料2上，镀有第一金属层3，该镀层中嵌有均匀分布的纳米级颗粒4。这种纳米级颗粒4与减磨或减摩物质(材料)一起以化学-物理方式结合。所述减磨或减摩物质(材料)是一种主成分为表面活性化合物的物质。所述第一金属层3也可由多层相互重叠的各别层组成。对于某些特定的应用场合，该第一金属层3不再覆盖其它覆层。但在本发明中，该第一金属层3则被一层金属面层5完全覆盖。该镀层5具有光滑的表面6。一般，该金属面层5的硬度比第一金属层3的硬度更大。
就固定的组件或较慢运动的镀银接点结构组件而言，结果表明，第一金属层3的厚度以在5μm至15μm的范围内为宜，而金属面层5的厚度则在约2μm的范围内。在此情况下，金属面层5以镀覆硬银为宜，以使工作特性最佳化。
所述纳米级颗粒4可视镀层预定使用场合而定，采用进行过相应净化处理的不同材料，例如，碳化物如SiC、WC和TiC，氮化物如AlN和Si3N4，硼化物如TiB，金属氧化物如ZnO、SiO2、Fe2O3、Bi2O3、PdO、NiO、AgO、TeO、CuO、Sb2O3、TiO2、ZrO2、Al2O3、In2O3、SnO、V2O5、TiO2和MgO以及金属如W和Ni。该纳米级颗粒4可用各该基本材料，以已知方法来制造。该纳米级颗粒4的粒度在约5nm至50nm的范围之内，而且在一般情况下，外形为球形。所述纳米级颗粒4不具尖棱。电镀液中，或者加入单种材料组成的纳米级颗粒，或者加入两种或多种材料的混合物组成的纳米级颗粒4。为使纳米级颗粒4在电镀液中均匀分布，须对电镀液进行持续搅拌。
如果采用结构比上述纳米级颗粒4略粗的颗粒，则这种颗粒的化学-物理作用就会略为变差，这是因为这种颗粒上能集聚较少的表面活性化合物，完全可以想象各种宜于使用这样一种较粗结构的应用场合。特别也有可能的是，结构较粗的颗粒与纳米结构化的材料混合使用，以便专门适应某些预先确定的工作要求。
适于在纳米级颗粒4上集聚的表面活性化合物，可采用称为皂的偶极性天然化合物，例如硬脂酸盐、油酸盐、棕榈酸盐或月桂酸盐，但也可为合成化合物如磺酸，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。这些化合物以化学物理方式集聚在纳米级颗粒4上，对这种集聚起作用的一般是范德瓦尔力。纳米级颗粒4完全或者部分为一种这样的减磨或减摩化合物包裹，或者为两种或更多种这样的减磨或减摩化合物包裹。
图2中，图解示出一个纳米级颗粒4及其由一种表面活性化合物组成的外壳的剖面图。该纳米级颗粒4例如以Al2O3、ZrO2或TiO2为原料用任何一种已知方法来制造。在该纳米级颗粒4上直接集聚氧O，而在氧O上集聚一种烃类化合物R1。图中，在该烃类化合物R1上例如集聚了氨基醇(Aminoalkohol)NH2·R·CH2OH，如果所述纳米级颗粒4嵌于第一金属层3中，则所述氨基醇被视为对减磨或减摩起决定性作用的组分。但纳米级颗粒4上另外还直接集聚了羟基OH，羟基上的氢被所积聚的氧O从电解液的水中取得。所述羟基OH的氢离子带正电荷，故而纳米级颗粒4总体带正电荷。如此带正电荷的纳米级颗粒4就象溶解的金属一样，在电镀液的电场中向阴极迁移，并在阴极上同所溶解金属一起在待镀零件上脱聚。以此方式不需另外的助剂就能使纳米级颗粒4非常均匀地分布在第一金属层3中，由所嵌入的纳米级颗粒4形成的壳层就产生均匀的润滑作用。
在正常大气条件下，即使以氮化物、硼化物、碳化物及金属为基本材料的非氧化物纳米级颗粒4也会蒙上一层极薄的氧化物层，正如上面关联到图2中纳米级颗粒4的叙述那样，在镀液中加入纳米级颗粒4后，该氧化物层能进行同样的化学物理表面反应。
许多这样的化合物早已在常规的电镀液中用作润湿剂，但它们作为减磨或减摩作用剂的另外有利的可用性至今尚未利用过。只有与允许以足以产生良好润滑的量用化学物理方式集聚这些化合物、且其本身不存在又能抵销所产生的润滑作用的棱角的纳米级颗粒4结合，才能将磨损或摩擦减到合宜的程度。因此，第一金属层3可看作起自润滑作用的镀层。
这样的镀层可在接点结构中用作接点表面。可以想象，这种镀层有着许多特殊应用。镀覆过的零件1可在接点部件中作为固定或较慢运动的组件中同一个活动的、在该零件1上滑动或滚动的金属组件一起协同动作。举例来说，零件1可构成电源开关的稳定额定电流接点。而且作为在此固定接点上滑动的组件，可设有一个配设多个镀银指针或配设多个镀银螺旋接点的活动相对接点。一方面，电源开关中和配能装置中的接点转变因这种新式的镀银接点而得以改善；另一方面，举例来说，继电器中镀金接点部分也能更加耐久，或者同样寿命时，可镀设更薄的镀层，在这种接点件数巨大时，这可大大节省材料。
就镀银接点区域在金属外壳内充SF6气体的气体隔离开关装置中的使用而言，可特别有利地使用主要为碳化物与金属、以已知方法净化过的纳米级颗粒4。这种纳米级颗粒4的粒度约为5nm至15nm。此种纳米级颗粒4不受通常情况下装在金属外壳中的气体隔离开关装置内作隔离剂兼灭(电)弧剂用的六氟化硫的分解产物作用，从而第一金属层3的润滑性能不因这种分解产物而降低。这种集聚在纳米级颗粒4上的化合物，使接点的寿命特别长。这里所产生的磨料粉末由比较小的磨料颗粒组成，它不产生临界粒度的磨料颗粒，这种颗粒在装于金属外壳中的气体隔离高压装置中的电场中迁移，并且引起飞弧(火花放电)。
这种镀层也能适宜地用作滑动轴承或者机械上所要求的其它轴颈的表面。就轴颈而言，零件1构成固定的或慢速运动的组件，与活动的、在零件1上滑动或滚动的金属组件协同动作。
也有可能提供镀有本发明镀层的日用品，例如餐具、首饰(装饰品)、塑料时髦饰品(Modeschmuck)等等，以便改善其耐久性，或者节省镀层材料。就镀银餐具而言，如上所述，嵌有纳米级颗粒4的第一金属层3连同减磨集聚物，以及镀于其上的面层5是高光亮镀银层。此面层5会慢慢在磨破，在这些最常用的部位上显露出第一金属层3。由于有了这些掺加的纳米级颗粒4，第一金属层3才如此耐磨，以致餐具的继续磨损变得特别慢，而对餐具的光学印象只产生不明显的影响。
零件1上制备耐磨电镀层的方法有着下列方法步骤：
a)向不停搅拌着的第一种电镀液中加入纳米级颗粒，
b)向所述第一种电镀液中加入能在纳米级颗粒上集聚、以一种表面活性化合物为主成分的材料的颗粒，
c)向所述第一种电镀液中放入待镀零件1，
d)进行电镀过程直至零件1上镀覆了第一层以金属为主的镀层，以及
e)从电镀液中取出零件1。
所述零件1现在镀覆了第一金属层3。该第一金属层3可为单层结构或者也可为由多层相同层组成的结构。原则上也可以使该第一金属层3由多层不同金属组成，但这些层都各掺杂了纳米级颗粒4。如果该第一金属层3用于轴承，则一般不另外镀覆面层5。纳米级颗粒4上所集聚、起润滑作用的化合物，其完整的作用一开始就得到保证。
如果举例来说，所镀覆的零件1用于接点结构，则第一金属层3镀以金属面层5，而且上列工序之后接续下述工序：
f)将所镀覆零件1放入第二个电镀液中，
g)再进行至少一个电镀过程，直至零件1上镀覆了完全覆盖第一金属层的金属面层5，而且
h)从第二个电镀液中取出镀有两层的零件1。
在第一种电镀液和第二种电镀液中，多数情况下溶解了同种金属，但当特殊用途要求时，也可以在一个或两个电镀液中至少溶解两种不同的金属。如此，各金属层的硬度可用简单的方法来适应各种工作要求。
第一种电镀液中加入0.002-0.20％(重量)的纳米级颗粒4。事实表明，这样就可以使第一金属层3的组成最佳。以表面活性化合物为主成分的材料，以与纳米级颗粒4相适应的较小量加到在第一种电镀液中，此时要注意对这种材料进行连续掺加。如果纳米级颗粒4的量和这种材料的量不互相适应，则纳米级颗粒4常会形成不希望产生的团块，在电镀液中下沉，从而不能保证纳米级颗粒4在第一金属层中均匀分布。但若注意了所提及到的量，则电镀液的浓度就不会受到明显影响。
附图标示号对照表
1 零件
2 基体材料
3 第一层镀层
4 纳米级颗粒
5 面层
6 表面
O 氧
R1 烃类化合物
NH2·R·CH2OH 氨基醇
OH 羟基