磁场下铜基体表面化学复合镀Ni-P-金刚石镀层的研究

发布时间：2020-10-26 19:57

　　 化学复合镀是通过向镀液中加入特殊性能惰性微粒使之与基质金属共沉积从而制备出具有特殊性能的镀层的一种工艺。化学复合镀的镀层均匀、致密,施镀简单,深镀能力强,便于在各种新型材料上应用;通过加入不同种类的颗粒,又可以获得不同性能的复合镀层,如耐磨、自润滑、电接触和耐腐蚀镀层等。化学复合镀层在高速低磨损、低摩擦系数、高温抗氧化等工况下的应用表明,其性能远优于纯化学镀层。金刚石微粉的耐高温能力强、耐磨性好、摩擦系数低、硬度高,因此逐渐成为了研究的热点。本课题运用化学复合镀的方法,在铜基体表面制备Ni-P-金刚石复合镀层。通过改变磁场强度、磁场方式,金刚石粒子浓度、搅拌速度、粒子前处理等方法来研究其对镀层性能的影响,然后对镀层性能进行表征。利用光学显微镜、摩擦磨损试验机、自动划痕仪和显微硬度计分别测试镀层的表面形貌、耐磨性、结合力和硬度并对其进行讨论分析,进而研究各因素对化学镀工艺影响的机理及最佳工艺路线。研究结果表明适当的静磁场强度有利于提高复合镀层的沉积速率、金刚石粒子含量和厚度,试验中10.60mT时沉积速率最大9.56μm/h,在10.60mT时镀层内金刚石含量近似达到24%,厚度达到17μm。在金刚石粒子添加量确定的情况下,复合镀层的耐磨性随着磁场的增大而增强,结合力随着磁场的增大先增大后减小。在交变磁场下情况有所不同,大的交变磁场对耐磨性和硬度有利,施加24V电压时摩擦系数平稳,硬度呈现上升趋势但对厚度不利,大的交变磁场会使得厚度减小,对结合力没有明显影响。不同的金刚石粒子处理方式对镀层也有影响,采用浓盐酸、浓硝酸、王水、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、OP-10对金刚石粒子进行处理,结果表明,王水处理过的粒子沉积后得到的镀层,其厚度、硬度提升较大,分别达到了19μm和778 HV_(100g),结合力的表现优异,达到了75N。盐酸有利于摩擦磨损性能的提升,另外400℃、1h热处理后的镀层摩擦系数明显较热处理前平稳。搅拌速度增加会使得镀层厚度减小同时也会使镀层内金刚石含量增加,300r/min时厚度最大为33μm,500r/min时硬度最大为1175HV_(100g),而耐磨性能受厚度和硬度共同影响,试验中600r/min时得到的镀层耐磨性最佳,搅拌速度对结合力没有明显的影响。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG174.4
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 化学镀镍技术机理
        1.2.1 化学镀镍热力学条件
        1.2.2 化学镀镍动力学理论
        1.2.3 化学复合镀的原理
        1.2.4 复合镀液的组成
        1.2.5 化学复合镀的分类
    1.3 化学复合镀的研究现状
        1.3.1 外加磁场的引入对镀层性能影响的研究现状
        1.3.2 化学复合镀的工业应用
    1.4 磁场
        1.4.1 概述
        1.4.2 磁场对化学反应的作用
    1.5 研究目的意义及研究内容
2 试验材料与试验方法
    2.1 试验设备、材料及化学试剂
    2.2 试样制备
        2.2.1 试样制备工艺
        2.2.2 基体的前处理
        2.2.3 化学复合镀液配制方法
        2.2.4 化学复合镀层的沉积方法
    2.3 化学镀层性能的表征
        2.3.1 金相组织观察
        2.3.2 镀层硬度的测定
        2.3.3 摩擦磨损的测试
        2.3.4 镀层结合强度的测定
        2.3.5 镀层厚度测试
        2.3.6 化学复合镀镀层中复合粒子含量的测定
3 静磁场对化学复合镀层性能的影响
    3.1 不同静磁场强度对镀层沉积速率的影响
    3.2 不同静磁场强度对镀层摩擦系数的影响
    3.3 不同静磁场强度对镀层厚度的影响
    3.4 不同静磁场强度对镀层中复合粒子含量的影响
    3.5 不同静磁场强度对镀层与基体结合力的影响
        3.5.1 Ni-P-金刚石镀层与基体结合力测试分析
        3.5.2 磁场强度对于复合镀层与基体结合力影响机理的探究
    3.6 本章小结
4 交变磁场对化学复合镀层性能的影响
    4.1 引言
    4.2 交变磁场对复合镀层厚度的影响
    4.3 交变磁场对复合镀层与基体结合力的影响
    4.4 交变磁场对复合镀层硬度的影响
    4.5 交变磁场对复合镀层耐磨性的影响
    4.6 交变磁场对复合镀层形貌和组织的影响
    4.7 本章小结
5 金刚石前处理对磁场下NI-P-金刚石复合镀层性能的影响
    5.1 试验方案的制定
    5.2 金刚石前处理理论依据
    5.3 金刚石前处理方法
    5.4 试验结果的分析与讨论
        5.4.1 复合镀层表面形貌分析
        5.4.2 复合镀层的厚度测试
        5.4.3 复合镀层的显微硬度分析
        5.4.4 复合镀层与基体结合力的分析
        5.4.5 复合镀层的防腐蚀性能测试
        5.4.6 复合镀层的摩擦磨损性能分析
    5.5 本章小结
6 搅拌速度对磁场下NI-P-金刚石复合镀层性能的影响
    6.1 引言
    6.2 复合镀层沉积试验
    6.3 结果与分析
        6.3.1 复合镀层金相组织观察
        6.3.2 复合镀层厚度测试
        6.3.3 复合镀层硬度分析
        6.3.4 复合镀层摩擦磨损性能的测量
        6.3.5 复合镀层与基体结合力的分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士期间已发表（录用）论文

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本文编号：2857458