金属表面复合电沉积毛化工艺研究

发布时间：2017-08-16 13:05

  本文关键词：金属表面复合电沉积毛化工艺研究

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【摘要】：随着航空航天、汽车制造业、电器产业的飞速发展,对冷轧钢板及其轧辊质量标准也提出更高的要求。目前对于轧辊表面的毛化处理方式多种,但是各有不足。研究一种毛化处理方式,同时具有毛化均匀、效率高、粗糙度范围广、耐磨性能好、使用寿命长等优点,对于研发新型冷轧辊毛化工艺具有重要意义。根据国内外毛化工艺的现状,本课题采用一种目前新型的毛化工艺方式,即电化学沉积的方式。电沉积过程中,在沉积液中添加适量微粒,利用镍与微粒共沉积的方式来增加镀层粗糙度,再经过电沉积铬来增强毛化层,提高其硬度和耐磨性能。以镀层的粗糙度(Ra)、耐磨性能、以及硬度作为试验指标,优化工艺参数,实验考查了复合电沉积过程中,电流密度、主盐浓度、pH值、镀液温度、微粒的种类及浓度对试验结果的影响。实验结果表明:复合电沉积过程中,微粒的种类对试验结果影响较大,在Ni-Al_2O_3、Ni-ZrO_2、Ni-SiO_2复合镀层中,Ni-Al_2O_3镀层硬度最大、Ni-ZrO_2镀层次之、Ni-SiO_2镀层硬度最小。毛化效果优良依次是Ni-Al_2O_3镀层、Ni-SiO_2镀层、Ni-ZrO_2镀层。复合电沉积层在增强镀铬后镀层硬度明显提高,硬度均值由461.68Hv可提高到660Hv以上,最大值可达到1049Hv。增强粗糙度下降,由均值4.48μm降低到4μm以下。增强镀铬后镀层耐磨性增强,平均磨损量降低60%。在镀层硬度方面,pH 4.2~5.0、电流密度3~4A·dm~(-2)、Al_2O_3 8~12g·L~(-1)、温度在42℃~52℃,镀层硬度较高,在660~1049Hv。在粗糙度方面,pH 3.9~4.3、电流密度2.5~3.5 A·dm~(-2)、Al_2O_3 8~11g·L~(-1)、温度48~55℃、NiSO_4 230~250g·L~(-1),镀层粗糙度较大Ra在2.5~3.5μm。在耐磨性方面,pH 4.0~4.5,电流密度2.5~3.5 A·dm~(-2)、Al_2O_3 4~8g·L~(-1)、温度45~55℃、NiSO_4 240~280 g·L~(-1)可获得耐磨性能较好的镀层。正交试验优化后,最佳工艺参数:NiSO_4·6H2O 280 g/L,Al_2O_3 10 g/L,电流密度3A/dm2,pH 4.8,温度45°C。经检测硬度963.7Hv,粗糙度3.576μm,耐磨性较好。
【关键词】：复合电沉积 微粒 电沉积铬 表面毛化 轧辊
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-31
• 1.1 引言13-14
• 1.2 冷轧辊毛化技术的方法及原理14-21
• 1.2.1 喷丸毛化技术14-15
• 1.2.2 电火花毛化15-17
• 1.2.3 激光毛化17-18
• 1.2.4 电子束毛化18-19
• 1.2.5 喷墨毛化19-20
• 1.2.6 冷轧辊毛化技术的新进展20-21
• 1.2.7 冷轧辊毛化技术的比较21
• 1.3 复合电沉积21-28
• 1.3.1 复合电沉积的概念21-22
• 1.3.2 复合电沉积研究进展22-24
• 1.3.3 复合电沉积机理24-26
• 1.3.4 影响复合电沉积的主要因素26-28
• 1.4 电沉积铬工艺28-30
• 1.4.1 电沉积铬发展及现状28
• 1.4.2 铬镀层的性能优点28-29
• 1.4.3 电沉积铬工艺镀液组成29
• 1.4.4 镀铬工艺的主要特点29-30
• 1.5 本课题研究的目的、内容及意义30-31
• 第2章 实验31-39
• 2.1 实验材料31-33
• 2.1.1 电沉积基底材料31
• 2.1.2 实验药品31-32
• 2.1.3 实验设备32-33
• 2.2 电沉积工艺装置示意图33-34
• 2.3 电沉积工艺流程34
• 2.4 工艺说明34-37
• 2.4.1 微粒预处理34-35
• 2.4.2 基体金属预处理35
• 2.4.3 复合电沉积镀液的配制35-36
• 2.4.4 电沉积铬镀液的配制36-37
• 2.5 试验方法37
• 2.5.1 正交试验37
• 2.5.2 单因素平行试验37
• 2.6 性能检测方法37-39
• 2.6.1 镀层硬度的测试37-38
• 2.6.2 镀层毛化粗糙度测试38
• 2.6.3 镀层平面及三维形貌观察38
• 2.6.4 镀层耐磨性能检测38
• 2.6.5 镀层组织结构XRD检测38-39
• 第3章 不同微粒体系镀层性能的实验结果与讨论39-56
• 3.1 Al_2O_3体系实验结果分析39-43
• 3.1.1 镀层硬度分析40-42
• 3.1.2 镀层粗糙度分析42-43
• 3.2 ZrO_2体系实验结果分析43-46
• 3.2.1 镀层硬度分析44-45
• 3.2.2 镀层粗糙度分析45-46
• 3.3 SiO_2体系实验结果分析46-50
• 3.3.1 镀层硬度分析48-49
• 3.3.2 镀层粗糙度分析49-50
• 3.4 不同微粒体系复合镀层比较50-54
• 3.4.1 复合镀层微观形貌50-53
• 3.4.2 不同微粒复合镀层的性能比较53-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 工艺参数对Ni-Al_2O_3复合镀层性能影响的研究56-77
• 4.1 PH值对试验结果影响分析58-60
• 4.1.1 pH对镀层硬度的影响分析58-59
• 4.1.2 pH对镀层粗糙度的影响分析59
• 4.1.3 pH对镀层耐磨性的影响分析59-60
• 4.2 电流密度对试验结果影响分析60-62
• 4.2.1 电流密度对镀层硬度的影响分析60-61
• 4.2.2 电流密度对镀层粗糙度的影响分析61
• 4.2.3 电流密度对镀层耐磨性的影响分析61-62
• 4.3 Al_2O_3微粒浓度对试验结果影响分析62-64
• 4.3.1 Al_2O_3微粒浓度对镀层硬度的影响分析62-63
• 4.3.2 Al_2O_3浓度对镀层粗糙度的影响分析63-64
• 4.3.3 Al_2O_3浓度对镀层耐磨性的影响分析64
• 4.4 温度对试验结果影响分析64-67
• 4.4.1 温度对镀层硬度的影响分析65
• 4.4.2 温度对镀层粗糙度的影响分析65-66
• 4.4.3 温度对镀层耐磨性的影响分析66-67
• 4.5 NiSO_4浓度对试验结果影响的分析67-69
• 4.5.1 NiSO_4浓度对镀层硬度的影响分析67-68
• 4.5.2 NiSO_4浓度对镀层粗糙度的影响分析68
• 4.5.3 NiSO_4浓度对镀层耐磨性的影响分析68-69
• 4.6 工艺参数优化与最佳工艺选取69-72
• 4.7 复合镀层XRD分析72
• 4.8 增强镀铬复合镀层微观及三维形貌72-74
• 4.8.1 Ni-Al_2O_3复合电沉积的与其增强镀铬前后对比73-74
• 4.8.2 增强镀铬后不同毛化程度对比74
• 4.9 本章小节74-77
• 结论77-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果82-83
• 致谢83-84

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本文编号：683421