鋁合金表面Ni-Co-P-SiO2化學(xué)復(fù)合鍍層的制備和性能研究.pdf

1、鋁合金因密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、易于成形、價(jià)格低廉等突出特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。但是其硬度低、耐腐蝕性與耐磨損性差等缺點(diǎn)日益突顯，因此，生產(chǎn)實(shí)踐中需要對(duì)鋁合金進(jìn)行表面處理。采用化學(xué)鍍Ni-P合金的表面處理方法，可以提高基體的硬度以及耐磨損性，但是其耐摩擦性以以及耐燒結(jié)性并不好。而含Co的Ni-Co-P合金鍍層，具備較好的耐摩擦性和耐燒結(jié)性，可以增加壓坯疲勞強(qiáng)度，更適合滑動(dòng)摩擦零件的要求。為了進(jìn)一步提高Ni-Co-P合金鍍層的硬度與耐磨性

2、能，本文開(kāi)展了Ni-Co-P/SiO2復(fù)合鍍層的制備與研究工作。
　　本文采用化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)，在Al-Si合金表面制備了3種不同SiO2粒徑(40nm、150nm、800nm)、5種不同SiO2濃度(3、6、9、12、15g/L)的Ni-Co-P/SiO2復(fù)合鍍層。并對(duì)SiO2濃度均為9g/L條件下，制備出的3種不同SiO2粒徑的Ni-Co-P/SiO2復(fù)合鍍層進(jìn)行了不同溫度(200℃、300℃、400℃、500℃)的熱處理1個(gè)小

3、時(shí)。采用掃描電子顯微鏡、能譜儀、X射線衍射儀、維氏硬度計(jì)、高速往復(fù)摩擦試驗(yàn)機(jī)、掃描三維表面輪廓儀、電化學(xué)工作站，研究了SiO2微粒的濃度、SiO2微粒的粒徑和熱處理溫度對(duì)復(fù)合鍍層的表面形貌、截面形貌、化學(xué)成分、晶態(tài)結(jié)構(gòu)、維氏硬度、耐磨損性和耐腐蝕性的影響，結(jié)果表明：
　?。?）Ni-Co-P/SiO2（40nm、150nm、800nm）復(fù)合鍍層的表面比未含微粒的Ni-Co-P合金鍍層的粗糙，其上分布著大小不一的、排列較均勻和較致密

4、的球形的結(jié)節(jié)突出物。SiO2微粒存在一定程度上的凝聚，某些區(qū)域有一定的孔隙。酸性(pH=4.7±0.1)鍍液、85±2℃、鍍覆1.5h以后，3種復(fù)合鍍層的平均厚度均為12μm左右，其中磷的含量在0.71wt％-1.4wt%，屬于中低磷含量鍍層。
　?。?）SiO2微粒的濃度對(duì)所制備的Ni-Co-P/SiO2（40nm）復(fù)合鍍層的結(jié)晶性能影響不大，但是它對(duì)Ni-Co-P/SiO2（40nm、150nm、800nm）復(fù)合鍍層的維氏硬度

5、和耐磨損性均有明顯的影響。3種復(fù)合鍍層均是在中間某個(gè)濃度達(dá)到最值，此時(shí)微粒的濃度與粒徑有關(guān)：800nm SiO2微粒，在6g/L濃度時(shí)，復(fù)合鍍層的維氏硬度分別達(dá)到538HV的最大值，平均摩擦系數(shù)和磨損體積達(dá)到0.542和0.135mm3的最小值；而40nm、150nm SiO2微粒，在9g/L濃度時(shí)，復(fù)合鍍層的維氏硬度分別達(dá)到452HV與430HV的最大值，平均摩擦系數(shù)分別達(dá)到0.507與0.513的最小值，磨損體積分別達(dá)到0.0960

6、2mm3與0.1222mm3的最小值。
　?。?）在SiO2微粒的濃度均為9g/L的條件下，SiO2微粒的粒徑（40nm、150nm、800nm）對(duì)該復(fù)合鍍層中各種元素的含量影響不大，其中磷的平均重量百分比的大小關(guān)系為：40nm>800nm>150nm，耐腐蝕性的強(qiáng)弱關(guān)系為：40nm>800nm>150nm。其中，以40nm的SiO2微粒復(fù)合鍍層的耐蝕性最好。同樣在相同SiO2微粒的濃度的條件下，維氏硬度的大小關(guān)系為：800nm>

7、40nm>150nm。其中，以800nm的SiO2微粒復(fù)合鍍層的維氏硬度最大，然而耐磨損性各有優(yōu)劣。
　?。?）電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，鋁合金和其表面Ni-Co-P/SiO2（40nm、150nm、800nm）（濃度均為9g/L）復(fù)合鍍層相比，兩者開(kāi)路電位近似，后者具有更高的腐蝕電位，更低的腐蝕電流密度，更小的雙電層電容以及更大的電荷轉(zhuǎn)移電阻，這表明該復(fù)合鍍層增強(qiáng)了基體的耐腐蝕性。
　?。?）對(duì)9g/LSiO2濃度下的3種復(fù)合鍍

8、層進(jìn)行了(200℃、300℃、400℃、500℃)1個(gè)小時(shí)熱處理，結(jié)果表明：隨著熱處理溫度升高，晶粒增大，表面變粗糙，高于400℃以后，非晶組織晶化明顯；與鍍態(tài)相比，熱處理后，復(fù)合鍍層的硬度和耐磨損性能均提高，其中3種復(fù)合鍍層均在400℃退火后，硬度、耐磨損性能達(dá)到最好，其中，800nm的鍍層硬度在三者中最高，它為599HV；40nm的鍍層平均摩擦系數(shù)和磨損體積在三者中最小，分別為0.436和0.0654mm3。硬度和耐磨性能的提高，與