电沉积RE-Ni-W-P-SiC复合材料的基础理论研究及应用

【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