基于焦磷酸体系电刷镀多元合金组织与性能的研究

发布时间：2017-10-05 07:30

  本文关键词：基于焦磷酸体系电刷镀多元合金组织与性能的研究

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【摘要】：本文采用焦磷酸体系电刷镀液,通过电刷镀技术在45钢基体上沉积铅锡铜、锡锌和铜锡三种合金镀层,研究了各镀层的工艺条件、组织结构和摩擦磨损性能,重点分析了铜锡合金镀层。试验通过改变刷镀电压、pH值、刷镀液中主盐浓度、刷镀时间和电极材料等工艺参数,研究了其对镀层形貌与成分的关系,确定了最佳的工艺参数,制备出不同成分的镀层。采用X射线衍射仪(XRD)分析镀层的物相结构、扫描电镜(SEM)表征镀层组织形貌、能量色散X荧光(EDXRF)测镀层成分与厚度、显微硬度计测量镀层显微硬度和表面综合测试性能仪测试摩擦磨损性能,试验结果如下所示。1. Pb-Sn-Cu三元合金随镀液中SnCl2·2H2O的浓度增加,镀层中锡含量上升,铅含量下降,铜含量保持不变；增加镀液中CuSO4的浓度,镀层中铅含量下降,锡、铜含量上升；镀层厚度随刷镀时间增加而变厚,36min时达到最大值16.5μm,镀层沉积速率先增大后减少,刷镀12min时沉积速率达到最大值0.548pm/min;物相分析表明镀层中由铅和铜锡化合物两种相组成,随着铜含量增加,化合物由Cu6Sn5变成Cu3Sn,镀层硬度从HV0.0110.5升高至HV00119.6；摩擦磨损结果表明,镀层的摩擦系数在0.43～0.56之间波动,发生了磨粒磨损。2. Sn-Zn合金随着刷镀速度从65mm/s增至195mm/s,镀层沉积速率从0.95μm/min增至1.89μm/min,增幅为100%；当电压为2.5时,镀层仅含0.2%的锌,随电压升高至10V,锌含量增至63.0%；随镀液中的ZnSO47H2O从23.27g/L上升到69.81g/L,镀层中锌含量从21.75%升至59.23%；物相分析表明,锌含量为63.0%的镀层中存在锡和锌两种单质相；随着锌含量增加,镀层硬度从HVo.0133.3增至HVo0158.6,增幅为78%,镀层耐磨性增强,摩擦系数从0.22增加到0.30。3.Cu-Sn合金(1)通过研究确定了最佳工艺参数为pH值9.5、阳极运动速率130mm/s、镀液温度50℃、刷镀电压4V,在此条件下,改变镀液中SnCl2·2H2O的浓度制备出锡含量从27.7%-70.0%的镀层。(2)对镀层物相分析结果表明,锡含量低于38%时,镀层a-Cu固溶体和Cu20Sn6相所构成；锡含量在38～62.0%之间时,镀层由Cu6Sn5和Cu2oSn6所构成,镀层硬度较高,当锡含量在61.4%时,硬度达到最大值329.7HV；锡含量超过62%时,镀层由Cu6Sn5和p-Sn构成,硬度较低。(3)镀层的性能分析显示,附着力在18-26N之间波动；刷镀18min的镀层孔隙率非常低,为0.20～0.63个/cm2；在干摩擦条件下,锡含量低于38%时,摩擦系数在0.4～0.5之间,锡含量高于38%时,摩擦系数在0.6～0.7之间,有较好的耐磨性能,锡含量为61.4%时磨损量最小,主要发生了磨粒磨损和粘着磨损；在润滑条件下对锡含量为61.4%的镀层进一步研究,摩擦系数在0.05～0.10之间,磨痕宽度为在50～60μm之问,发生了轻微的磨粒磨损。
【关键词】：电刷镀 焦磷酸体系 铜锡合金 镀层成分 摩擦磨损
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-12
• CONTENTS12-16
• 第一章 绪论16-28
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 研究目的及意义17
• 1.3 电刷镀技术17-21
• 1.3.1 电刷镀技术原理17-18
• 1.3.2 电刷镀镀层的强化机理18-19
• 1.3.3 合金共沉积的条件及类型19
• 1.3.4 电刷镀技术的应用与发展趋势19-21
• 1.4 不锈钢成型模具的研究现状21-23
• 1.4.1 铜基合金21-22
• 1.4.2 巴氏合金22
• 1.4.3 锡锌合金22
• 1.4.4 陶瓷22-23
• 1.4.5 硬质合金23
• 1.4.6 刷镀镀层的确定23
• 1.5 镀层成分的影响因素23-25
• 1.5.1 络合剂23-24
• 1.5.2 pH值24-25
• 1.5.3 电流密度和电压25
• 1.5.4 主盐浓度25
• 1.5.5 镀液温度25
• 1.6 关于粘着的分析25-26
• 1.7 主要研究内容26-28
• 第二章 试验设备及方法介绍28-32
• 2.1 试验材料28-29
• 2.1.1 基体材料及预处理28
• 2.1.2 试验药品28-29
• 2.2 试验设备29
• 2.3 镀层的刷镀工艺流程29-30
• 2.4 镀层表征与分析30
• 2.4.1 镀层成分、厚度测定30
• 2.4.2 镀层组织形貌分析30
• 2.4.3 镀层物相检测30
• 2.5 镀层性能测试30-32
• 2.5.1 硬度测试30
• 2.5.2 镀层与基体附着力测试30-31
• 2.5.3 镀层孔隙率31
• 2.5.4 镀层摩擦磨损试验31-32
• 第三章 Pb-Sn-Cu和Sn-Zn镀层的制备与研究32-47
• 3.1 Pb-Sn-Cu镀层的研究32-38
• 3.1.1 Pb-Sn-Cu镀层的配方及其制备工艺32-33
• 3.1.2 镀液中SnCl_2·2H_2O的浓度与镀层成分的关系33-34
• 3.1.3 镀液中CuSO_4与镀层成分的关系34-35
• 3.1.4 刷镀时间对镀层厚度的影响35
• 3.1.5 Pb-Sn-Cu镀层的物相和组织分析35-36
• 3.1.6 Pb-Sn-Cu镀层的硬度36-37
• 3.1.7 Pb-Sn-Cu镀层的摩擦磨损性能37-38
• 3.2 Sn-Zn镀层的研究38-45
• 3.2.1 Sn-Zn镀层的配方及其制备工艺39
• 3.2.2 pH值和电压对镀层锌含量的影响39-40
• 3.2.3 刷镀速度对镀层成分、厚度的影响40
• 3.2.4 ZnSO_4·7H_2O含量对镀层成分和厚度的影响40
• 3.2.5 镀液温度对镀层成分的影响40-41
• 3.2.6 镀层厚度随时间的变化关系41
• 3.2.7 Sn-Zn镀层的物相和组织分析41-42
• 3.2.8 Sn-Zn镀层的硬度42-43
• 3.2.9 摩擦系数、临界时间与刷镀电压的关系43-44
• 3.2.10 磨痕形貌图44-45
• 3.3 小结45-47
• 第四章 Cu-Sn合金镀层工艺及组织结构的研究47-65
• 4.1 Cu-Sn镀层的配方及其刷镀工艺47-48
• 4.1.1 Cu-Sn镀层刷镀工艺流程47
• 4.1.2 Cu-Sn镀层配方与刷镀工艺47-48
• 4.2 工艺参数对镀层成分的影响48-51
• 4.2.1 镀液pH值和刷镀电压对镀层中锡含量的影响48-49
• 4.2.2 镀液成分对镀层中锡含量的影响49-50
• 4.2.3 刷镀时间对镀层中锡含量的影响50-51
• 4.3 工艺参数对镀层形貌的影响51-55
• 4.3.1 pH值对镀层显微结构的影响51-52
• 4.3.2 阳极的运动速率对镀层显微结构的影响52-53
• 4.3.3 镀液温度对镀层显微结构的影响53-54
• 4.3.4 阳极材料对镀层显微结构的影响54-55
• 4.4 最佳工艺参数的确定55
• 4.5 镀层的组织55-61
• 4.5.1 铜锡合金相图与全系铜锡镀层的制备55-56
• 4.5.2 镀层的外观与元素分布56-58
• 4.5.3 镀层的组织结构58-59
• 4.5.4 镀层的组织形貌59-61
• 4.6 热处理对镀层组织的影响61-62
• 4.7 镀层的孔隙率62-63
• 4.8 小结63-65
• 第五章 铜锡合金镀层的力学性能研究65-80
• 5.1 镀层与基体的结合强度65-66
• 5.2 镀层显微硬度66-68
• 5.3 摩擦磨损试验设计68-69
• 5.3.1 试验方案及装置68-69
• 5.4 干摩擦条件下的摩擦磨损试验69-74
• 5.4.1 镀层摩擦性能的分析69-71
• 5.4.2 镀层磨损形貌的研究及磨损机制的探讨71-74
• 5.5 润滑条件下的摩擦磨损试验74-76
• 5.5.1 镀层摩擦性能的分析74-75
• 5.5.2 镀层磨损形貌的研究及磨损机制的探讨75-76
• 5.6 应用76-78
• 5.6.1 低转速专用夹具76-77
• 5.6.2 不锈钢阳极的制备77-78
• 5.6.3 刷镀模具78
• 5.7 小结78-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 攻读学位期间发表的论文87-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：975534