鋁合金表面Ni-Co-P三元合金納米化學(xué)復(fù)合鍍層的制備與性能研究.pdf

1、鋁及鋁合金性能優(yōu)良,應(yīng)用廣泛,但其硬度低、耐磨性差、易發(fā)生磨損腐蝕的缺點(diǎn)也越來越突出。采用化學(xué)復(fù)合鍍工藝可顯著提高其性能。但目前復(fù)合鍍層的基質(zhì)大多選用Ni-P二元合金;且存在納米微粒在鍍液中的分散效果不好;微粒尺寸、微粒種類對(duì)鍍層性能影響的研究相對(duì)較少等問題。為此,本文在鋁合金表面開展了以Ni-Co-P三元合金為鍍層基底,Al2O3、Si3N4、SiC為增強(qiáng)顆粒的復(fù)合鍍層的化學(xué)法制備研究,通過三步超聲法優(yōu)化了納米微粒在鍍液中的分散效果,

2、成功制備了Ni-Co-P/Al2O3、Ni-Co-P/Si3N4、Ni-Co-P/SiC納米復(fù)合鍍層。采用SEM、EDS、XRD、自動(dòng)劃痕儀、維氏硬度計(jì)、高速往返磨損試驗(yàn)機(jī)、電化學(xué)工作站等設(shè)備,對(duì)鍍層的表面形貌、成分、微觀結(jié)構(gòu)、結(jié)合力、硬度、耐磨性和耐蝕性進(jìn)行了檢測,獲得了鍍液中微粒濃度、熱處理溫度、微粒尺寸和微粒種類對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律和機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①制備了Al2O3微粒粒徑為60nm、鍍液濃度分別為6

3、、9、12、15g/l的Ni-Co-P/Al2O3納米化學(xué)復(fù)合鍍層。發(fā)現(xiàn):鍍層為胞狀結(jié)構(gòu),當(dāng)Al2O3濃度超過12 g/l時(shí),微粒有明顯的團(tuán)聚。隨鍍液中Al2O3濃度增加,鍍速、鍍層中Al2O3含量、硬度、摩擦系數(shù)、耐蝕性均先增加后降低,前四個(gè)指標(biāo)在濃度為12 g/l時(shí)達(dá)到最大值,但9 g/l時(shí)耐蝕性最好。微粒濃度在12 g/l及以下時(shí),耐磨性隨微粒濃度增加而增加。微粒濃度為15 g/l時(shí),摩擦距離超過600 m后,鍍層磨損性能低于其它

4、顆粒濃度得到的復(fù)合鍍層。②制備了Si3N4粒徑為20nm、濃度為12g/l的Ni-Co-P/Si3N4納米化學(xué)復(fù)合鍍層,對(duì)鍍層進(jìn)行了不同溫度(200、300、400、500℃)的熱處理。發(fā)現(xiàn):300℃及以上溫度熱處理時(shí),胞狀結(jié)構(gòu)明顯增大,鍍層與基體的結(jié)合力增強(qiáng)。200-400℃熱處理,鍍層各元素含量沒有明顯變化,但500℃熱處理后,鍍層表面發(fā)生氧化。熱處理促使鍍層晶化,并且產(chǎn)生 Ni3P相等磷和鎳的化合物,導(dǎo)致400℃及以下熱處理時(shí),

5、Ni-Co-P以及Ni-Co-P/Si3N4鍍層的硬度隨著熱處理溫度升高而明顯增加,500℃熱處理后硬度下降,但Ni-Co-P下降幅度更大。復(fù)合鍍層耐磨性隨熱處理溫度的變化趨勢與硬度相似,都是400℃達(dá)到最大。200℃熱處理后的鍍層耐腐蝕性提高,但繼續(xù)升溫到300-400℃,耐蝕性下降,500℃熱處理后耐蝕性有所回升。③制備了SiC濃度為12g/l、粒徑分別為40、200、800nm的Ni-Co-P/SiC化學(xué)復(fù)合鍍層。發(fā)現(xiàn):三種鍍層表

6、面均為胞狀結(jié)構(gòu),粒徑對(duì)鍍層厚度沒有明顯影響;40nm微粒的復(fù)合鍍層,表面有團(tuán)聚現(xiàn)象,200和800nm微粒增強(qiáng)的復(fù)合鍍層,表面有明顯孔隙。微粒尺寸越小,雖然微粒沉積百分量有所減少,但鍍層中數(shù)量密度更大,使得鍍層晶粒更細(xì),硬度和耐磨性越好。200nm增強(qiáng)的復(fù)合鍍層平均摩擦系數(shù)最低。800nm增強(qiáng)的復(fù)合鍍層,在摩擦后期,微粒容易脫落,造成劇烈磨損。沉積越細(xì)微粒的鍍層,更加致密,耐蝕性越好。④用粒徑為800nm的Al2O3、Si3N4、SiC

7、在顆粒濃度為12g/l的條件下,制備了Ni-Co-P/Al2O3、Ni-Co-P/Si3N4、Ni-Co-P/SiC三種化學(xué)復(fù)合鍍層(分別標(biāo)記為NAL、NSN、NSC)。發(fā)現(xiàn):NAL的微粒團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重,三種鍍層的P含量變化較明顯;鍍層中微粒百分含量排序?yàn)?NSN>NAL>NSC,微粒數(shù)量密度排序?yàn)?NSC>NAL>NSN。三種鍍層都有相同的Ni晶主峰,但晶粒大小不同,晶粒大小與耐蝕性排序均為:NAL>NSN>NSC。鍍層的硬度排序均