镍钨合金电沉积工艺研究

发布时间：2017-11-03 04:08

  本文关键词：镍钨合金电沉积工艺研究

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【摘要】：随着工业的发展和人类环保意识的加强,电镀硬铬技术的使用受到了极大的限制。代铬工艺的开发已经成为表面处理领域中的研究热点。在众多代铬技术中,镍钨合金由于具备高硬度,高耐磨性以及良好的耐蚀性能受到了广泛关注。本课题以较低的主盐浓度研制出一种具有高钨含量,高硬度,优异耐蚀性能的纳米级镍钨合金镀层。本试验采用硫酸盐体系制备镍钨合金,首先确定了主盐的用量。钨酸钠浓度太低将导致镀层钨含量和硬度降低,达不到代铬镀层的要求,钨酸钠浓度过高,将引起成本提高,钨酸钠最佳用量为45 g/L。采用单因素实验探究了配位剂对镀层钨含量以及硬度的影响,配位剂浓度升高,将导致镀层钨含量和硬度下降,柠檬酸最佳用量为45 g/L。正交试验结果表明,添加剂中对镀层性能影响最显著的为糖精钠,糖精钠浓度过高将引起镀层钨含量降低,浓度过低会导致合金镀层表面不均匀。工艺条件中对镀层影响最大的温度,镀液最佳温度为65℃。本文对热处理工艺进行了单因素实验,结果表明,热处理中所用气体对镀层表面形貌影响较大。在氩气氛围中热处理镀层表面均匀细致,几乎无裂纹产生。本文还研究了脉冲电沉积镍钨合金工艺,选用单因素试验研究了平均电流密度,频率以及占空比对镀层钨含量,硬度以及晶粒尺寸的影响。结果表明,平均电流密度过低,将导致合金镀层出现裂纹。频率太高或太低都会引起镀层钨含量和硬度降低。镀层钨含量会随着占空比的增大而减小。与直流镀相比,脉冲镀可以得到钨含量和硬度更高,晶粒更细致,耐蚀性更优异的镀层。采用极化曲线,循环伏安曲线以及电化学阻抗测试对沉积机理进行探究,结果表明,镍钨合金在柠檬酸的配位下一步反应完成共沉积过程,配位剂浓度的增大将导致还原电势负移,且镀层钨含量减小。
【关键词】：镍钨合金 脉冲电镀 纳米镀层 钨含量 硬度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10
• 1.2 代硬铬技术简介10-14
• 1.2.1 三价铬镀铬10-11
• 1.2.2 热喷涂技术11
• 1.2.3 激光材料沉积11-12
• 1.2.4 微弧氧化12
• 1.2.5 代铬镀层12-14
• 1.3 电镀镍钨合金14-18
• 1.3.1 硫酸盐体系15-16
• 1.3.2 氨基磺酸盐体系16-17
• 1.3.3 脉冲电沉积17-18
• 1.4 本文主要研究内容18-19
• 第2章 实验内容及分析方法19-26
• 2.1 试验药品及试验仪器19-20
• 2.1.1 试验药品19
• 2.1.2 试验仪器19-20
• 2.2 镍钨合金的制备20-22
• 2.2.1 直流电镀制备镍钨合金20-21
• 2.2.2 脉冲电镀制备镍钨合金21-22
• 2.3 热处理工艺的研究22-23
• 2.3.1 热处理使用气体研究22
• 2.3.2 热处理温度研究22
• 2.3.3 热处理时间研究22-23
• 2.4 电镀过程机理研究23
• 2.4.1 阴极极化曲线测试23
• 2.4.2 循环伏安曲线测试23
• 2.4.3 电化学阻抗测试23
• 2.5 镀层综合性能测试23-26
• 2.5.1 镀层钨含量测试23-24
• 2.5.2 镀层硬度测试24
• 2.5.3 镀层微观形貌测试24
• 2.5.4 盐雾试验24
• 2.5.5 Tafel曲线测试24
• 2.5.6 电化学阻抗技术24-25
• 2.5.7 镀层厚度测试25
• 2.5.8 镀层表面元素分布测试25-26
• 第3章 直流电镀制备镍钨合金26-54
• 3.1 镀液组成及工艺条件对镀层性能的影响26-40
• 3.1.1 主盐对镀层性能的影响26-30
• 3.1.2 配位剂对镀层性能的影响30-31
• 3.1.3 添加剂对镀层性能的影响31-36
• 3.1.4 工艺条件对镀层性能的影响36-40
• 3.2 热处理工艺对镀层硬度的影响40-45
• 3.2.1 热处理所用气体对镀层性能的影响41-43
• 3.2.2 热处理温度对镀层性能的影响43
• 3.2.3 保温时间对镀层性能的影响43-45
• 3.3 电镀过程机理研究45-53
• 3.3.1 阴极极化曲线测试45-49
• 3.3.2 循环伏安曲线测试49-51
• 3.3.3 电化学阻抗测试51-53
• 3.4 本章小结53-54
• 第4章 脉冲电镀制备镍钨合金54-69
• 4.1 平均电流密度对镀层性能的影响54-57
• 4.1.1 平均电流密度对镀层钨含量和硬度的影响54
• 4.1.2 平均电流密度对镀层表面微观形貌的影响54-55
• 4.1.3 平均电流密度对镀层晶粒尺寸的影响55-57
• 4.2 频率对镀层性能的影响57-60
• 4.2.1 频率对镀层钨含量和硬度的影响57
• 4.2.2 频率对镀层微观形貌的影响57-58
• 4.2.3 频率对镀层晶粒尺寸的影响58-59
• 4.2.4 频率对镀层晶粒尺寸的影响59-60
• 4.3 占空比对镀层性能的影响60-62
• 4.3.1 占空比对镀层钨含量和硬度的影响60
• 4.3.2 占空比对镀层微观形貌的影响60-61
• 4.3.3 占空比对镀层晶态结构的影响61-62
• 4.3.4 占空比对镀层晶粒尺寸的影响62
• 4.4 脉冲电镀与直流电镀比较62-68
• 4.4.1 硬度和钨含量63
• 4.4.2 晶粒尺寸63-64
• 4.4.3 微观形貌64
• 4.4.4 表面元素分布64-65
• 4.4.5 镀层厚度65
• 4.4.6 耐蚀性65-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 电沉积镍钨合金技术及市场经济分析69-75
• 5.1 电沉积镍钨合金技术特点69-71
• 5.1.1 各种代铬镀层性能比较69-70
• 5.1.2 电沉积镍钨合金市场分析70-71
• 5.2 本课题所研制电沉积镍钨合金工艺特点71-74
• 5.2.1 电镀镍钨合金性能优势71-72
• 5.2.2 电镀镍钨合金成本分析72-74
• 5.3 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-86
• 致谢86

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本文编号：1134552