钛酸钾晶须增强镍磷基化学复合镀层的制备与性能研究

论文摘要

采用化学复合镀技术,将钛酸钾晶须（PTWs）这一新型的无机纤维引入镍磷（Ni-P）化学镀层之中。通过实验和理论分析,获得了沉积Ni-P-PTWs化学复合镀层的最优工艺条件,并提出该复合镀层的共沉积机制。在此基础上,系统研究了该复合镀层的化学性能、摩擦学性能和力学性能。正交实验优化得到的Ni-P-PTWs化学复合镀层镀覆工艺为:施镀温度86℃、PTWs质量浓度10g·L-1、搅拌速度160r·min-1、pH值4.9。该工艺下获得的Ni-P-PTWs化学复合镀层为嵌埋式结构。在实用的酸性化学镀镍工艺条件下,PTWs的Zeta电位为负值,因此在Ni-P-PTWs化学复合镀中PTWs主要依靠机械力实现吸附和共沉积。PTWs和镀件相互作用时,其吸附分为弱吸附和强吸附两个阶段,只有当PTWs的吸附强度大于临界吸附强度时,PTWs才能嵌入到镀层中。本文提出的共析量数学模型在该复合镀体系中得到实验证实。腐蚀性能检验结果表明,Ni-P-PTWs化学复合镀层的耐腐蚀性能相比于Ni-P镀层,未进一步改善,且随着复合镀层中PTWs含量的增加,复合镀层的耐蚀性下降。高温氧化性能测试表明,Ni-P-PTWs复合镀层的增重曲线符合幂函数关系,由于PTWs降低了氧化膜的致密性,使原有基质金属镀层的高温抗氧化性能下降。Ni-P-PTWs化学复合镀层的稳定结构为Ni+Ni3P+PTWs的混合结构。由于PTWs的软化效应占主导地位,导致复合镀层硬度较低。在热处理过程中,复合镀层的硬度随温度呈现单峰变化规律。由于PTWs具有一定的自润滑性能,复合镀层的摩擦因数小,而且稳定,具有良好的减摩抗磨性能。Ni-P-PTWs化学复合镀层的残余应力随镀液pH值的升高而逐渐由压应力转化为拉应力,热处理温度的升高使镀层的拉应力增大。随着镀层厚度的增加,残余应力不断减小。拉伸试验结果表明PTWs的共沉积有利于提高Ni-P-PTWs化学复合镀层的韧性,但复合镀层的断裂仍呈现脆性断裂的特征。随着PTWs含量的增加,Ni-P-PTWs复合镀试样的抗拉强度和弹性模量降低,而最大延伸率、断面收缩率和拉伸断口侧面的裂纹密度增加。纳米压痕试验结果表明随着镀层中PTWs含量的增加,复合镀层的硬度和弹性模量下降;同时,复合镀层的硬度和弹性模量随压头压入深度的增大呈渐增的趋势。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 化学复合镀技术概况
• 1.2 化学复合镀层的沉积机理
• 1.3 化学复合镀层的分类和应用
• 1.4 钛酸钾晶须增强金属基复合材料概述
• 1.5 课题的目的和内容
• 第2章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的制备工艺
• 2.1 前言
• 2.2 试验方法
• 2.3 工艺条件对镀速的影响规律
• 2.4 工艺条件对Ni-P-PTWs镀层中PTWs复合量的影响
• 2.5 镀层的表面和断面照片
• 2.6 本章小结
• 第3章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的沉积机理
• 3.1 前言
• 3.2 PTWs在镀液中的Zeta电位
• 3.3 Ni-P-PTWs化学复合镀层的共沉积机理
• 3.4 本章小结
• 第4章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的化学性能
• 4.1 前言
• 4.2 试验方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的硬度与摩擦学性能
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.3 Ni-P-PTWs化学复合镀层的硬度
• 5.4 Ni-P-PTWs化学复合镀层的摩擦学性能
• 5.5 本章小结
• 第6章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的残余应力
• 6.1 前言
• 6.2 X射线衍射法测定残余应力的基本原理
• 6.3 实验方法
• 6.4 Ni-P-PTWs化学复合镀层的残余应力变化规律
• 6.5 本章小结
• 第7章 Ni-P-PTWs化学复合镀层的拉伸性能
• 7.1 前言
• 7.2 试验方法
• 7.3 Ni-P-PTWs化学复合镀层的拉伸性能
• 7.4 本章小结
• 第8章 纳米压痕法研究Ni-P-PTWs化学复合镀层的力学性能
• 8.1 前言
• 8.2 实验方法
• 8.3 试验结果与分析
• 8.4 本章小结
• 第9章 结论与展望
• 9.1 结论
• 9.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录