超聲-脈沖電沉積法制備Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的工藝與組織性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對金屬零件表面性能的要求越來越高。目前往往采用表面處理方法，在金屬零件表面形成一層特殊性質(zhì)的薄膜，以獲得符合要求的表面性能。納米復(fù)合鍍技術(shù)是新近興起并得到充分重視的表面處理方法之一。與零件表面常規(guī)的復(fù)合鍍層相比，納米復(fù)合鍍層具有更加突出的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、高強度、高硬度和高韌性等優(yōu)點。國內(nèi)外目前在這方面的研究尚未系統(tǒng)和完善，一些關(guān)鍵性問題仍然沒有解決，其中納米微粒在鍍液和鍍層中的分散是最重要的難題。這無疑將

2、使鍍層的性能受到影響，使得納米復(fù)合鍍技術(shù)的優(yōu)勢不能得到充分發(fā)揮。因此，研究更加高效、實用的納米復(fù)合鍍層制備方法是十分必要的，這不僅能在實際應(yīng)用中產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益，而且對納米科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展與應(yīng)用也具有重要的學(xué)術(shù)價值。 本文將超聲引入到納米復(fù)合鍍技術(shù)中，采用超聲-脈沖電沉積方法，向改良瓦特鍍鎳液中加入納米SiC粒子，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，在20＃鋼基體表面生成了Ni-SiC納米金屬陶瓷復(fù)合鍍層。鍍層中納米SiC粒子在鍍層表面和

3、微觀組織中都呈均勻彌散分布，幾乎沒有出現(xiàn)團聚現(xiàn)象；復(fù)合鍍層中鎳晶粒比常規(guī)電沉積方法得到的鍍層更加細(xì)化，達到了納米尺寸級，而其取向也由單一取向趨于隨機取向。 采用XRD、SEM、HREM等方法對復(fù)合鍍層的表面形貌和顯微組織進行表征，并據(jù)此研究了各種因素對復(fù)合鍍層的影響及其機理。實驗表明，超聲-脈沖電沉積法制備Ni-SiC納米復(fù)合鍍層時，采用非離子和陽離子表面活性劑共同作用比單獨采用一種表面活性劑對共沉積過程有更好的促進作用，能夠得

4、到納米粒子更為密集，且分布更加彌散均勻的復(fù)合鍍層。 對不同工藝制備得到的復(fù)合鍍層的顯微硬度、耐磨性和結(jié)合力進行了檢測對比。結(jié)果表明，超聲-脈沖電沉積法制備得到的Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的耐磨性、硬度均優(yōu)于常規(guī)電沉積方法制備的鍍層，且結(jié)合力與常規(guī)鍍層相比沒有降低。 Ⅱ討論了不同工藝參數(shù)(鍍液中納米粒子含量、陰極平均電流密度、脈沖電源占空比和超聲功率)對復(fù)合鍍層機械性能(顯微硬度和耐磨性)的影響規(guī)律。實驗結(jié)果表明：1)在實驗

5、選取的范圍內(nèi)(2～12g/L)，隨著鍍液內(nèi)納米SiC粒子含量的增加，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降；2)在實驗選取的范圍內(nèi)(1～6A/dm2)，隨著陰極平均電流密度的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降；3)在實驗選取的范圍內(nèi)(5～60％)，隨著脈沖電源占空比的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度減小，耐磨擦磨損性能下降，但占空比過低時鍍層出現(xiàn)燒

6、焦現(xiàn)象；4)在實驗選取的范圍內(nèi)(0～300W)，隨著超聲功率的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降。 采用正交實驗法，設(shè)計了四因素三水平正交表，對超聲-脈沖電沉積Ni-SiC納米金屬陶瓷復(fù)合鍍層工藝進行了正交實驗優(yōu)化。最終得到的最優(yōu)工藝參數(shù)為：納米SiC粒子加入量8g/L，陰極平均電流密度2A/dm2，脈沖電源占空比30％，超聲功率200W。 本文的研究結(jié)果表明，超聲-脈沖電沉