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电沉积RE-Ni-W-P-SiC复合材料的基础理论研究及应用

郭忠诚  
【摘要】:本文研究了电沉积RE-Ni-W-P-SiC多功能复合材料镀层的工艺和理论,主要包括以下一些内容: 根据热力学分析,计算并绘制了Ni-P-H_2O系和Ni-C-H_2O系E-pH图。结果表明,Ni与P能以Ni_3P的形式在阴极上沉积。镀层中有Ni_3C生成,C来源于加入镀液中的有机物和溶于水中的空气中的CO_2。 工艺条件试验结果表明,采用适宜的复合镀工艺,可得到一系列各种不同成分的复合材料镀层,其成分范围为:SiC5~30wt%、Ni50~60wt%、W10~25wt%、P5~15wt%、RE5~10wt%。氯化稀土、氧化稀土和硫酸盐稀土的加入,有利于提高复合材料中W、P和SiC的含量。次亚磷酸钠的添加量应适中,添加过多会降低镀层中W和SiC的含量,一般应控制在10~15g/L之间。电流密度、温度和PH值对复合材料中的W、P和SiC含量影响较大,综合考虑它们的影响,D_k应为5~10A/dm~2、pH应控制在6.0~6.5之间、温度应控制在55~65℃之间。此外,D_k和PH对复合镀层的表面形貌影响也较大,D_k和PH高时,复合材料结晶粗;相反,D_K和PH低时,结晶细。搅拌间歇时间对复合材料中的Ni、W、P含量影响不大,但对SiC含量的影响较大,搅拌时间长和间歇时间长都会降低复合材料中SiC的含量,所以,一般间歇时间为3min左右,搅拌时间4~5min。 阴极过程试验结果显示,当镀液中加入SiC微粒和稀土后,复合材料的阴极沉积电流密度增加,有利于Ni-W-P合金在阴极沉积,并形成Ni-W-P-SiC或RE-Ni-W-P-SiC复合材料。而在镀液中加入PTFE后,却降低复合材料镀层的阴极沉积电流密度。当稀土的添加量为7~9g/l时,复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加并不明显;随着稀土添加量的增加,复合材料镀层的阴极沉积电流密度增加较明显,当添加量达到11~13g/l时,镀层的阴极沉积电流密度增加达到最大值;若进一步增加稀土用量,则阴极沉积电流密度有所下降。SiC微粒与Ni-W-P合金共沉积的机理是:SiC微粒本身带负电荷,当加入到镀液中,它会吸附周围的正电荷,在流体动力学和电场力的作用下,迁移到阴极表面形成弱吸附;其次,到达阴极表面的SiC微粒在静电场力的作用下脱去水化膜与阴极直接接触而形成强吸附;第三,吸附到阴极表面的SiC微粒被Ni-W-P合金捕获一起沉积到镀层中。 RE-Ni-W-P-SiC复合镀层在不同浓度的硫酸、盐酸、磷酸和氯化铁等溶液中的腐蚀


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