超聲-脈沖電沉積法制備Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的工藝與組織性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)金屬零件表面性能的要求越來越高。目前往往采用表面處理方法，在金屬零件表面形成一層特殊性質(zhì)的薄膜，以獲得符合要求的表面性能。納米復(fù)合鍍技術(shù)是新近興起并得到充分重視的表面處理方法之一。與零件表面常規(guī)的復(fù)合鍍層相比，納米復(fù)合鍍層具有更加突出的耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞、高強(qiáng)度、高硬度和高韌性等優(yōu)點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外目前在這方面的研究尚未系統(tǒng)和完善，一些關(guān)鍵性問題仍然沒有解決，其中納米微粒在鍍液和鍍層中的分散是最重要的難題。這無疑將

2、使鍍層的性能受到影響，使得納米復(fù)合鍍技術(shù)的優(yōu)勢(shì)不能得到充分發(fā)揮。因此，研究更加高效、實(shí)用的納米復(fù)合鍍層制備方法是十分必要的，這不僅能在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且對(duì)納米科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用也具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。 本文將超聲引入到納米復(fù)合鍍技術(shù)中，采用超聲-脈沖電沉積方法，向改良瓦特鍍鎳液中加入納米SiC粒子，在適當(dāng)?shù)墓に嚄l件下，在20＃鋼基體表面生成了Ni-SiC納米金屬陶瓷復(fù)合鍍層。鍍層中納米SiC粒子在鍍層表面和

3、微觀組織中都呈均勻彌散分布，幾乎沒有出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象；復(fù)合鍍層中鎳晶粒比常規(guī)電沉積方法得到的鍍層更加細(xì)化，達(dá)到了納米尺寸級(jí)，而其取向也由單一取向趨于隨機(jī)取向。 采用XRD、SEM、HREM等方法對(duì)復(fù)合鍍層的表面形貌和顯微組織進(jìn)行表征，并據(jù)此研究了各種因素對(duì)復(fù)合鍍層的影響及其機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，超聲-脈沖電沉積法制備Ni-SiC納米復(fù)合鍍層時(shí)，采用非離子和陽(yáng)離子表面活性劑共同作用比單獨(dú)采用一種表面活性劑對(duì)共沉積過程有更好的促進(jìn)作用，能夠得

4、到納米粒子更為密集，且分布更加彌散均勻的復(fù)合鍍層。 對(duì)不同工藝制備得到的復(fù)合鍍層的顯微硬度、耐磨性和結(jié)合力進(jìn)行了檢測(cè)對(duì)比。結(jié)果表明，超聲-脈沖電沉積法制備得到的Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的耐磨性、硬度均優(yōu)于常規(guī)電沉積方法制備的鍍層，且結(jié)合力與常規(guī)鍍層相比沒有降低。 Ⅱ討論了不同工藝參數(shù)(鍍液中納米粒子含量、陰極平均電流密度、脈沖電源占空比和超聲功率)對(duì)復(fù)合鍍層機(jī)械性能(顯微硬度和耐磨性)的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：1)在實(shí)驗(yàn)

5、選取的范圍內(nèi)(2～12g/L)，隨著鍍液內(nèi)納米SiC粒子含量的增加，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降；2)在實(shí)驗(yàn)選取的范圍內(nèi)(1～6A/dm2)，隨著陰極平均電流密度的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降；3)在實(shí)驗(yàn)選取的范圍內(nèi)(5～60％)，隨著脈沖電源占空比的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度減小，耐磨擦磨損性能下降，但占空比過低時(shí)鍍層出現(xiàn)燒

6、焦現(xiàn)象；4)在實(shí)驗(yàn)選取的范圍內(nèi)(0～300W)，隨著超聲功率的增大，Ni-SiC納米復(fù)合鍍層的顯微硬度先增加后減小，耐磨擦磨損性能先提高后下降。 采用正交實(shí)驗(yàn)法，設(shè)計(jì)了四因素三水平正交表，對(duì)超聲-脈沖電沉積Ni-SiC納米金屬陶瓷復(fù)合鍍層工藝進(jìn)行了正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化。最終得到的最優(yōu)工藝參數(shù)為：納米SiC粒子加入量8g/L，陰極平均電流密度2A/dm2，脈沖電源占空比30％，超聲功率200W。 本文的研究結(jié)果表明，超聲-脈沖電沉