制备高含量金刚石镍基复合镀层的工艺研究

发布时间：2017-09-11 21:20

  本文关键词：制备高含量金刚石镍基复合镀层的工艺研究

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【摘要】：将金刚石微粒添加到镀层中制备出Ni-金刚石复合镀层,镀层被赋予了新的属性,因此镀层的摩擦学性能得到改变。镀层中微粒的含量会对其摩擦学性能产生重要的影响。以往的研究,大都通过传统共沉积的方法制备复合镀层,这种方法制备的镀层中微粒的体积分数一般很难达到30%。通过添加表面活性剂等方法可提高镀层中微粒含量,但提升空间有限,而且本身也存在一定缺陷。为了提高镀层中金刚石含量,提升镀层的性能,本论文采用了悬浮法、埋砂法和电泳-电沉积法(两步法),并对三种方法进行了系统的研究。同时研究了金刚石粒径大小会对用以上三种方法制备的镀层产生何种影响。这三种方法都是通过延长微粒在试样表面的停留时间,来提高镀层中微粒的含量,差别在于埋砂法、悬浮法是利用重力的作用,电泳-电沉积法利用了电场力的作用。本文的主要工作及结论如下:(1)运用埋砂法开展实验研究。探讨了埋砂法的实验参数:温度、金刚石浓度、金刚石粒径对镀层中微粒含量的影响。研究发现,埋砂法可显著提高复合镀层中金刚石微粒的含量。镀层中金刚石含量变化与温度变化呈负相关。镀层中金刚石的含量先随电镀液中金刚石浓度增加而增加,达到一定值后保持不变。在1-2μm、3-6μm、6-12μm三种粒径下的含量最大值分别达到43.1%、51.4%、61%。(2)运用悬浮法开展实验研究。探讨了悬浮法的实验参数:温度、电流密度、金刚石浓度、金刚石粒径对镀层中微粒含量的影响。研究发现,悬浮法对复合镀层中金刚石微粒含量提升明显。镀层中金刚石含量与温度和电流密度均呈负相关。电镀液中金刚石浓度对埋砂法的影响趋势与悬浮法相同。在1-2μm、3-6μm、6-12μm三种粒径下的含量最大值分别达到53.2%、62.4%、65.4%。(3)运用两步法开展实验研究。两步法的实验参数分为电泳沉积部分和电沉积部分,电泳沉积实验参数:电泳电压,电泳时间,金刚石粒径;电沉积试验参数:温度。研究发现,电泳-电沉积法制备的复合镀层中金刚石微粒含量得到极大的提升。电泳电压、电泳时间变化与镀层中金刚石的含量呈正相关,达到一定值后,不再对镀层中金刚石含量产生提升效果。电镀液45℃时效果最好。在1-2μm、3-6μm、6-12μm三种粒径下的含量最大值分别达到60.1%、62.2%、65.5%。(4)研究了金刚石含量对复合镀层的摩擦学性能的影响。研究发现,金刚石含量的增加和金刚石粒径的增大,都会导致复合镀层的摩擦系数降低。随着镀层中金刚石含量的增加,镀层的耐磨性得到极大改善,当含量达到60%以上时,复合镀层几乎无磨损。(5)研究了埋砂法、悬浮法和电泳-电沉积法对圆棒试样的影响。实验发现,试样的放置方式会对埋砂法、悬浮法制备的复合镀层不同表面中的微粒含量产生重要影响;圆棒的直径会对电泳-电沉积法的实验结果产生影响,直径为1.5mm时电泳沉积的金刚石薄膜极易在电镀液中脱落,这就导致镀层含量不均,直径为6mm时制备的镀层平整,金刚石分布均匀且含量高。
【关键词】：复合镀层 悬浮法 埋砂法 电泳-电沉积法 金刚石含量 摩擦学性能
【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】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 注释表14-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 课题背景15
• 1.2 复合镀层的分类及研究现状15-16
• 1.2.1 耐磨性复合镀层15-16
• 1.2.2 自润滑复合镀层16
• 1.2.3 耐蚀性复合镀层16
• 1.3 复合共沉积的机理16-19
• 1.3.1 Guglielmi模型17
• 1.3.2 Kariapper和Foster模型17-18
• 1.3.3 MTM模型18
• 1.3.4“完全沉降”模型18-19
• 1.4 电镀复合镀层的制备方法19-23
• 1.4.1 传统共沉积19-20
• 1.4.2 埋砂法和悬浮法20-21
• 1.4.2.1 埋砂法20-21
• 1.4.2.2 悬浮法21
• 1.4.3 电泳-电沉积法21-23
• 1.4.3.1 电泳沉积简介22-23
• 1.4.3.2 电泳-电沉积法的研究现状23
• 1.5 课题研究目的及意义23-24
• 1.6 课题研究的主要内容24-25
• 第二章 实验方案及设备25-36
• 2.1 引言25
• 2.2 基体材料选择及预处理25
• 2.3 基质金属的选择25
• 2.4 微粒的选择及预处理25-26
• 2.4.1 微粒的选择25-26
• 2.4.2 微粒的预处理26
• 2.5 实验用主要仪器设备26-27
• 2.6 埋砂法、悬浮法的实验准备27-29
• 2.6.1 复合电镀溶液的制备27-28
• 2.6.2 埋砂法、悬浮法实验装置28
• 2.6.3 埋砂法、悬浮法工艺流程28-29
• 2.6.3.1 埋砂法的工艺流程28-29
• 2.6.3.2 悬浮法的工艺流程29
• 2.7 电泳-电沉积法的实验准备29-31
• 2.7.1 电泳-电沉积法溶液的制备29-30
• 2.7.1.1 电泳液的制备29-30
• 2.7.1.2 电镀液的制备30
• 2.7.2 电泳-电沉积法实验装置30
• 2.7.3 电泳-电沉积法工艺流程30-31
• 2.7.3.1 电泳的工艺流程30-31
• 2.7.3.2 电沉积的工艺流程31
• 2.8 复合镀层的检测方法31-35
• 2.8.1 金刚石含量的检测31-33
• 2.8.2 表面和断面形貌的检测33
• 2.8.3 粗糙度的检测33-34
• 2.8.4 摩擦系数的测定34
• 2.8.5 耐磨性的检测34-35
• 2.8.6 上试样磨损率的检测35
• 2.9 本章小结35-36
• 第三章 高含量金刚石镍基复合镀层的制备36-53
• 3.0 引言36
• 3.1 埋砂法、悬浮法机理36-38
• 3.1.1 固体微粒在镀液中的悬浮36-37
• 3.1.2 固体微粒在镀液中的沉降37-38
• 3.2 埋砂法、悬浮法的工艺研究38-45
• 3.2.1 微粒的沉降速度38-40
• 3.2.2 温度的影响40-41
• 3.2.3 电流密度的影响41-43
• 3.2.4 金刚石浓度的影响43-44
• 3.2.5 金刚石粒径的影响44-45
• 3.3 电泳沉积机理45-47
• 3.3.1 电荷的来源45
• 3.3.2 电泳迁移率45-46
• 3.3.3 电泳沉积的微观过程46-47
• 3.4 电泳-电沉积法的工艺研究47-51
• 3.4.1 电镀液温度对电泳-电沉积法的影响47-48
• 3.4.2 电泳电压对电泳-电沉积法的影响48-49
• 3.4.3 电泳时间对电泳-电沉积法的影响49-50
• 3.4.4 金刚石粒径对电泳-电沉积法的影响50-51
• 3.5 埋砂法、悬浮法和电泳-电沉积法的对比研究51
• 3.6 本章小结51-53
• 第四章 高含量金刚石镍基复合镀层的性能研究53-63
• 4.1 镍-金刚石复合镀层的组织成分53
• 4.2 复合镀层的表面形貌53-55
• 4.3 复合镀层的断面形貌55-57
• 4.4 复合镀层的粗糙度57
• 4.5 复合镀层的摩擦系数57-59
• 4.6 复合镀层的耐磨性59-60
• 4.7 复合镀层的磨削作用60-61
• 4.8 本章小节61-63
• 第五章 棒形试样制备高含量金刚石复合镀层63-70
• 5.1 埋砂法63-65
• 5.1.1 试样水平放置63-64
• 5.1.2 试样竖直放置64-65
• 5.2 悬浮法65-67
• 5.2.1 试样水平放置65-66
• 5.2.2 试样竖直放置66-67
• 5.3 电泳-电沉积法67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 总结和展望70-72
• 6.1 主要研究工作及结论70-71
• 6.2 未来研究的展望71-72
• 参考文献72-75
• 致谢75-76
• 在校期间的科研成果及发表的学术论文76

【参考文献】

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本文编号：833127