Ni-P纳米金刚石复合镀层组织和性能的研究

论文摘要

近年来化学镀技术发展迅速，出现了众多具有优良性能的复合镀层，但是化学镀Ni-P合金镀层具有高的硬度、耐磨性、耐蚀性等特点仍然是化学复合镀层中应用最广泛的基体合金。本实验通过在钢基体上分别实施Ni-P化学镀和Ni-P/纳米金刚石化学复合镀，研究复合稳定剂浓度、镀液温度以及pH值对化学镀Ni-P镀层性能的影响规律，优化工艺参数，找出适合于制备Ni-P/纳米金刚石复合镀层的基础镀液。在优化后的镀液中加入纳米金刚石微粒，实施Ni-P/纳米金刚石化学复合镀，研究纳米金刚石浓度、搅拌速度、热处理温度对复合镀层形貌、硬度、耐磨性、结合强度等性能的影响，探讨工艺参数对镀层组织性能的影响规律，结合具体实验结果，从理论上分析复合镀层的沉积过程、热处理对镀层晶态结构的影响及后处理温度对复合镀层的强化机理。实验结果与理论分析表明：（1）镀液中加入2.57.5ml/L稳定剂可以抑制镀液的自发分解，加入量2.5ml/L时可以获得具有最高硬度的镀层。（2）化学镀Ni-P施镀时，随着镀液pH值及温度的升高，镀层硬度均会提高，且会获得致密、均匀的镀层形貌，但是pH值大于5会影响镀层与钢基体的结合力，温度过高不利于镀液的稳定。经过正交分析及验证，优化后的化学镀基础镀液工艺参数为：pH值：5，施镀温度：85℃，稳定剂浓度2.5ml/L。（3）在优化后的Ni-P基础镀液中加入纳米金刚石进行化学复合镀，搅拌速度200r/min、纳米金刚石浓度10g/L时获得的复合镀层表面形貌组织及大小比较均匀，且摩擦因数低于其他搅拌速度和金刚石浓度时获得的复合镀层；（4）对Ni-P/纳米金刚石复合化学镀层进行热处理，可以引起镀层表面原子进行自发调整，随温度升高镀层由非晶态转化为晶态，且热处理后析出的Ni3P相对镀层起到弥散强化的作用，极大地提高了镀层硬度，400℃,1h为复合镀层的最优热处理制度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 化学复合镀层简介
• 1.2.1.1 概述
• 1.2.1.2 发展趋势
• 1.2.2 化学复合镀层的分类
• 1.2.2.1 高硬度、耐磨、耐蚀复合镀层
• 1.2.2.2 自润滑复合镀层
• 1.2.2.3 分散强化复合镀层
• 1.2.3 化学复合镀层的特点
• 1.3 化学镀液的组成
• 1.3.1 主盐
• 1.3.2 还原剂
• 1.3.3 稳定剂
• 1.3.4 络合剂
• 1.3.5 加速剂
• 1.3.6 缓冲剂
• 1.4 化学复合镀液的主要影响因素
• 1.4.1 主盐和还原剂的影响
• 1.4.2 稳定剂的影响
• 1.4.3 络合剂的影响
• 1.4.4 pH 值的影响
• 1.4.5 温度的影响
• 1.5 课题的主要研究内容及思路
• 1.5.1 课题的主要研究内容
• 1.5.2 课题的研究思路及技术路线
• 1.5.3 课题研究的创新点
• 第二章 Ni-P 化学镀
• 2.1 Ni-P 化学镀机理及工艺
• 2.1.1 化学镀 Ni-P 机理
• 2.1.2 Ni-P 化学镀层制备工艺
• 2.1.3 正交试验优化化学镀 Ni-P 工艺
• 2.2 Ni-P 化学镀实验步骤
• 2.2.1 实验装置及试剂
• 2.2.2 实验流程
• 2.2.2.1. 基体预处理
• 2.2.2.2. 配制镀液
• 2.2.2.3. 施镀过程
• 2.2.2.4. 镀后处理
• 2.3 Ni-P 化学镀层性能检测
• 2.3.1 厚度测量
• 2.3.2 镀层结合力
• 2.3.3 硬度检验
• 2.3.4 表面形貌
• 2.3.5 镀层摩擦因数
• 2.4 工艺参数对镀层性能的影响
• 2.4.1 镀液 pH 对镀层硬度的影响
• 2.4.2 施镀温度对镀层形貌的影响
• 2.4.3 稳定剂加入量对镀层硬度的影响
• 2.4.4 工艺优化
• 2.5 本章小结
• 第三章 Ni-P/纳米金刚石化学复合镀层制备及检测
• 3.1 化学复合镀沉积机理
• 3.2 复合镀使用的第二相粒子
• 3.2.1 纳米材料的分散
• 3.2.2 分散体系的评估方法
• 3.3 Ni-P/纳米金刚石化学复合镀工艺及实验步骤
• 3.3.1 复合镀工艺
• 3.3.2 实验工艺参数选择
• 3.3.3 复合镀实验步骤
• 3.4 工艺参数对复合镀层的影响
• 3.4.1 纳米金刚石浓度对镀层表面形貌的影响
• 3.4.2 纳米金刚石浓度对镀层摩擦因数的影响
• 3.4.3 搅拌速度对镀层表面形貌的影响
• 3.4.4 搅拌速度对镀层摩擦因数的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 热处理对 Ni-P/纳米金刚石复合镀层的影响
• 4.1 热处理对镀层形貌的影响
• 4.2 热处理对复合镀层硬度及结构的影响
• 4.3 热处理对复合镀层耐磨性能的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历