油管钢表面电镀Ni-W合金工艺研究

发布时间：2017-04-04 14:17

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【摘要】：镍钨合金镀层具有硬度高、耐磨性好、耐热性好、耐蚀性好等优点,具有优异的防护和装饰作用。但传统镍钨合金电镀工艺普遍存在着很多不足,所获得的金属镀层表面粗糙,厚度不均匀,表面能清晰地看到一些麻点等,严重限制了镍钨合金的应用与发展。为了改善镀层的性能及外观质量,实验研究工艺条件、热处理工艺、添加剂对镀层性能的影响,并得到以下结论：通过单因素分析电流密度、温度、[W]/[W]+[Ni]、pH、时间对Ni-W合金镀层沉积速率和硬度的影响,通过五因素四水平正交实验对Ni-W合金镀层的工艺参数进行优化,正交实验利用磁性测厚仪、质量差法、显微硬度计、锉刀实验法、贴滤纸法、金相等测试方法对Ni-W合金镀层厚度、沉积速率、显微硬度、结合强度、孔隙率、表面形貌进行研究。并采用极差分析法对正交实验结果进行分析,得出各因素对镀层性能影响的主次顺序,并得出各性能的最优工艺参数。归纳分析五种性能的最优工艺参数,得出综合性能最优参数为电流密度15A/dm2、pH为8、[W]/[W]+[Ni]为0.7、温度为75℃、时间为50min。利用最优参数电镀Ni-W合金,镀层的各性能为：沉积速率为4.581g/(h·dm2),厚度为59.60μm,显微硬度为647.50Hv,结合强度为一级,孔隙率为0.78个/cm2。通过EDS测试分析,镀层W含量高达49.36wt%,通过XRD测试分析,镀层的晶体结构为微晶。通过对最优镀层进行热处理,利用锉刀实验、维氏硬度计、电化学实验、XRD、金相显微镜等实验方法,研究热处理工艺对Ni-W合金镀层结合强度、显微硬度、耐腐蚀性、晶粒尺寸、表面形貌的影响。通过对Ni-W合金镀层进行200℃-700℃保温1h热处理,发现镀层的显微硬度先增大后减小,腐蚀速率先增大后减小,镀层在500℃保温1h时,显微硬度最高达到1196Hv,腐蚀速率最低为0.12375mm/a。保持500℃温度不变,研究保温时间对Ni-W镀层性能的影响,研究发现随保温时间增加,镀层的显微硬度和耐腐蚀性能均降低。得出镀层的最优热处理工艺为500℃保温lh。以正交实验得到的最优配方为基础镀液,通过向镀液中分别添加1,4丁炔二醇、稀土添加剂、十二烷基硫酸钠三种添加剂,研究了三种添加剂对镀层沉积速率、厚度、显微硬度、镀层W含量、耐腐蚀性能、表面形貌的影响。研究发现添加三种添加剂后,镀层的显微硬度有所降低,镀层耐腐蚀性及外观质量有显著的提高。
【关键词】：电沉积 Ni-W合金 正交实验 热处理 添加剂
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 合金电镀的概述10-13
• 1.2.1 金属电沉积的步骤和稳态过程10
• 1.2.2 合金电沉积理论10-12
• 1.2.3 合金诱导共沉积原理12-13
• 1.3 NI-W合金镀层的研究现状13-16
• 1.3.1 镀液组成对Ni-W合金性能的影响13-14
• 1.3.2 工艺条件对性能的影响14-15
• 1.3.3 耐腐蚀性能的研究15-16
• 1.3.4 Ni-W合金镀层的显微结构的研究16
• 1.4 研究内容16-18
• 1.4.1 实验方法及技术路线17-18
• 第二章 实验器材及实验方法18-25
• 2.1 实验药品与仪器18-19
• 2.2 电镀实验装置及实验材料19-20
• 2.2.1 电镀实验装置19-20
• 2.3 电镀基材前处理20-22
• 2.3.1 碱性除油和电化学除油20-21
• 2.3.2 酸洗21-22
• 2.3.3 弱侵蚀22
• 2.4 镀层性能测试方法22-25
• 2.4.1 显微硬度的测试22
• 2.4.2 电沉积速率的测量方法22
• 2.4.3 镀层的耐腐蚀性能评价22-23
• 2.4.4 镀层厚度的测定23
• 2.4.5 镀层结合强度的测定23
• 2.4.6 镀层孔隙率的测定23-24
• 2.4.7 镀层W含量的测量24
• 2.4.8 镀层的结构与成分分析24-25
• 第三章 工艺参数对NI-W合金镀层性能的影响25-46
• 3.1 实验25
• 3.2 工艺参数对镀层性能的影响25-30
• 3.2.1 镀液温度对沉积速率及显微硬度的影响25-26
• 3.2.2 镀液pH对沉积速率、显微硬度的影响26-27
• 3.2.3 电流密度对镀层性能的影响27-28
• 3.2.4 电镀时间对沉积速率、显微硬度的影响28-29
• 3.2.5 镀液组成对镀层性能的影响29-30
• 3.3 正交实验设计30
• 3.4 正交实验结果与分析30-40
• 3.4.1 各因素对沉积速率的影响30-32
• 3.4.2 各因素对Ni-W合金镀层显微硬度的影响32-34
• 3.4.3 各因素对镀层孔隙率的影响34-36
• 3.4.4 各因素对镀层厚度的影响36-38
• 3.4.5 各因素对镀层结合强度的影响38-40
• 3.5 正交实验结果综合分析40-41
• 3.6 镀层表面形貌观察41-44
• 3.7 镀层结构及成分分析44
• 3.9 本章小结44-46
• 第四章 热处理工艺对NI-W合金镀层性能的影响46-54
• 4.1 实验46
• 4.2 结果与讨论46-51
• 4.2.1 未经热处理镀层的截面图46-47
• 4.2.2 镀层结合力测试47
• 4.2.3 镀层XRD分析47-48
• 4.2.4 热处理工艺对Ni-W合金镀层显微硬度的影响48-49
• 4.2.5 热处理温度对Ni-W合金镀层耐腐蚀性能的影响49-50
• 4.2.6 保温时间对耐腐蚀性能的影响50-51
• 4.3 镀层显微结构分析51-53
• 4.3.1 热处理温度对镀层表面形貌的影响51-52
• 4.3.2 保温时间对镀层表面形貌的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 添加剂对镀层性能的影响54-74
• 5.1 实验54
• 5.2 1,4丁炔二醇对镀层性能的影响54-60
• 5.2.1 1,4丁炔二醇对沉积速率的影响54-55
• 5.2.2 1,4丁炔二醇对镀层厚度的影响55-56
• 5.2.3 1,4丁炔二醇对镀层W含量的影响56-57
• 5.2.4 1,4丁炔二醇对镀层显微硬度的影响57-58
• 5.2.5 1,4丁炔二醇对镀层耐腐蚀性的影响58-59
• 5.2.6 1,4丁炔二醇对镀层表面形貌的影响59-60
• 5.3 稀土添加剂对镀层性能的影响60-67
• 5.3.1 稀土添加剂对沉积速率的影响60-61
• 5.3.2 稀土添加剂对镀层厚度的影响61-62
• 5.3.3 稀土添加剂对镀层W含量的影响62-64
• 5.3.4 稀土添加剂对镀层显微硬度的影响64-65
• 5.3.5 稀土添加剂对镀层耐腐蚀性能的影响65-66
• 5.3.6 稀土添加剂对镀层表面形貌的影响66-67
• 5.4 十二烷基硫酸钠对镀层性能的影响67-73
• 5.4.1 十二烷基硫酸钠对沉积速率的影响67-68
• 5.4.2 十二烷基硫酸钠对厚度的影响68-69
• 5.4.3 十二烷基硫酸钠对镀层孔隙率的影响69-70
• 5.4.4 十二烷基硫酸钠对镀层显微硬度的影响70-71
• 5.4.5 十二烷基硫酸钠对镀层耐腐蚀性能的影响71-72
• 5.4.6 十二烷基硫酸钠对镀层表面形貌的影响72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 结论74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文81

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本文编号：285694