脉冲喷射电沉积制备纳米复合镀层试验研究

发布时间：2020-04-30 21:09

【摘要】：作为第三代稀土永磁材料,钕铁硼以其优异的磁性能被广泛地应用在各行各业中。但是,钕铁硼材料的耐蚀性差制约着其应用领域的拓展。通常采用表面防护技术在磁体表面涂覆金属膜层来提高其使用性能。而在硬度、耐蚀性、耐磨性等方面,纳米复合镀层表现出比普通镀层更优异的性能。脉冲喷射电沉积是在喷射电沉积基础上发展而来,具有工艺简单、沉积效率高、沉积层质量好等优点。本文在改进之后的实验平台上展开了脉冲喷射电沉积制备纳米复合镀层试验研究。通过分析不同条件下所获镀层的性能,寻求性能更佳的镀层。主要研究内容如下:(1)提出了脉冲喷射电沉积的方法并设计了电沉积实验平台。常规电沉积在大电流密度下所得镀层存在麻点、烧焦等缺陷,故而采用脉冲喷射电沉积。利用更高的电流密度来改善镀层的各方面性能。为满足试验需求,自行设计了工装夹具、喷嘴系统、脉冲电源等关键部件,并更换了机床控制系统,方便了人机交互。(2)展开了直流喷射电沉积与脉冲喷射电沉积的对比试验研究。为了分析脉冲电流对镀层质量的影响,分别采用直流喷射电沉积与脉冲喷射电沉积制备了Ni-Al_2O_3纳米复合镀层。利用SEM、XRD、显微硬度计等对不同纳米粒子浓度下所获镀层的表面形貌、晶粒尺寸、显微硬度等方面进行表征分析。相比直流喷射电沉积所获镀层,后者表现出更高的显微硬度以及更好的耐腐蚀性能,而适量Al_2O_3的加入可以优化镀层性能。(3)采用脉冲喷射电沉积制备了纯镍镀层和Ni-Al_2O_3纳米复合镀层。通过改变电流密度,考察电流密度对镀层的表面形貌、结合强度以及耐腐蚀性能的影响,并利用检测设备对其进行表征分析。结果表明:随着电流密度的增大,纯镍镀层的晶粒尺寸逐渐减小而复合镀层的晶粒尺寸先减小后增大。当电流密度适当时,Al_2O_3的加入增强了镀层的防护性能,所以复合镀层具有比纯镍镀层更强的结合强度及耐腐蚀性能。(4)分析烧结钕铁硼表面涂覆纳米复合镀层的防腐机理。钕铁硼磁体易遭侵蚀主要是因为直接接触到了腐蚀介质。在磁体表面涂覆镀层有效隔绝了钕铁硼表面与外界环境的接触,并且镀层性能越强,隔绝效果越好。脉冲电源的引入以及纳米粒子的加入均能提高镀层质量,从而获得防腐性能更佳的复合镀层。
【图文】：

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脉冲喷射电沉积制备纳米复合镀层试验研究集中在日、美、英等少数国家。随着这些发达国家人力成本的提高，开始将生产基到拥有大量廉价劳动力的我国。虽然当初未能抢占先机，但是拥有丰富的稀土资源用市场，这些先天优势为我国稀土永磁材料的相关研究和产业发展提供了便利的条 2014 年，我国的钕铁硼永磁材料产业已经超过全球市场份额的 80%，生产钕铁硼的两百多家，但生产的钕铁硼大部分都是中低端产品，绝大多数只是应用在对性能要域[6]。某些特殊领域所需高性能钕铁硼大部分依赖进口。在政府的大力扶持下，国内的提高必将在未来迎来高性能钕铁硼产量的全面爆发。从全球范围来看，高性能钕需求十分旺盛，这对钕铁硼的发展大有裨益。2015 年统计的全球高性能钕铁硼的行 1.1 所示。2016 至 2020 的行业需求预计将稳步增加，到 2020 年预计将达 95000 吨。和空调领域将成为拉动需求最强劲的动力，风电和电梯行业紧随其次，而消费电子硬盘将逐渐被固态硬盘所取代而需求增速或将回落。

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脉冲喷射电沉积制备纳米复合镀层试验研究沉积的特点化学反应使基体表面获得理想镀层的过程。最常用的镀液中，然后在两电极间施加适当的电压使阳离子在极是相对静止的且溶液处在静止状态。后来，随着不方式使电镀液处在不断流动的状态。搅拌溶液的好处中，，搅拌能够改善溶液中微粒的分散性。由此衍生出等辅助方式，同时从变换电源波形角度发展出脉冲电是以此为基础发展而来。所谓脉冲喷射电沉积是指将式到达基体表面，并且在阳极（镍棒）与阴极（基体出金属膜层的过程，沉积原理如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ153

【参考文献】