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Ni-P-纳米TiO_2化学复合镀层的制备工艺与性能

王成刚  
【摘要】: 本文主要研究在Ni-P化学镀镀液中加入纳米TiO_2颗粒,采用化学共沉积的方法使TiO_2纳米颗粒与Ni-P共沉积到金属材料表面形成纳米复合镀层,对Ni-P-(nano)TiO_2复合化学镀的工艺参数和镀层性能进行研究。 在工艺方面,首先,以Ni-P化学镀中的镍盐(NiSO_4·6H_2O)、还原剂(NaH_2PO_2·H_2O)、络合剂(C_6H_8O_7·H_2O和C_3H_6O_3)为因素的进行四因素三水平正交试验,得出Ni-P化学镀基础镀液的最佳优化工艺参数。其次,选择纳米TiO_2粒子作为纳米化学复合镀的纳米粒子,在Ni-P化学镀最佳工艺参数的基础上,以纳米TiO_2粒子浓度和表面活性剂的浓度为因素进行二因素二水平正交实验,最后得出Ni-P-(nano)TiO_2纳米复合镀液的最佳工艺参数:34g/L硫酸镍(NiSO_4·6H_2O)、30g/L次亚磷酸钠(NaH_2PO_2·H_2O)、17g/L柠檬酸(C_6H_8O_7·H_2O)、27ml/L乳酸(C_3H_6O_3)、10g/L无水乙酸钠CH_3COONa、1mg/L重金属离子Pb~(2+)、纳米TiO_22.5g/L、表面活性剂16ml/L,温度90℃,PH值为4.4,施镀时间120分钟。 在优化的工艺条件下得到厚度为25μm,外观平整致密的复合镀层,利用SEM、XRD、显微硬度计、腐蚀电位仪和静态浸泡法等手段对复合镀层的表面形貌、组织结构、硬度和耐腐蚀性进行分析,并与Ni-P镀层性能进行比较。实验结果表明:在硬度方面,镀态和不同温度热处理后的Ni-P-(nano)TiO_2复合镀层的硬度都明显高于Ni-P镀层,通过对镀层热处理后进行XRD分析发现在200℃左右镀层结构开始由非晶态向晶态转变,当温度升至400℃左右时镀层完全晶化,并出现Ni3P相,此时镀层硬度达到最大值1150HV0.05,此外,Ni-P-(nano)TiO_2纳米复合镀层的结晶温度较Ni-P镀层有所提高。在耐磨性方面,采用称重法测定出Ni-P-(nano)TiO_2复合镀层具有较好的耐磨性。在结合力方面,采用热震法测定出Ni-P-(nano)TiO_2复合镀层具有更好的结合力。在孔隙率方面,Ni-P-(nano)TiO_2复合镀层的孔隙率高于Ni-P镀层。在耐腐蚀性方面,分别采用测定复合镀层自腐蚀电位和在10%H_2SO_4和15%HCl标准腐蚀溶液中腐蚀9小时的方法,试验得出相同结果,Ni-P镀层的耐腐蚀性能最好,而Ni-P-(nano)TiO_2复合镀层的耐腐蚀性略差于Ni-P镀层,但两者的耐腐蚀性都明显高于基体碳钢。 最后,总结了整个研究取得的成果,并对以后可以开展的研究工作进行了展望,提出了改进建议和措施。


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