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钛酸钾晶须增强镍磷基化学复合镀层的制备与性能研究

金亚旭  
【摘要】: 采用化学复合镀技术,将钛酸钾晶须(PTWs)这一新型的无机纤维引入镍磷(Ni-P)化学镀层之中。通过实验和理论分析,获得了沉积Ni-P-PTWs化学复合镀层的最优工艺条件,并提出该复合镀层的共沉积机制。在此基础上,系统研究了该复合镀层的化学性能、摩擦学性能和力学性能。 正交实验优化得到的Ni-P-PTWs化学复合镀层镀覆工艺为:施镀温度86℃、PTWs质量浓度10g·L~(-1)、搅拌速度160r·min~(-1)、pH值4.9。该工艺下获得的Ni-P-PTWs化学复合镀层为嵌埋式结构。 在实用的酸性化学镀镍工艺条件下,PTWs的Zeta电位为负值,因此在Ni-P-PTWs化学复合镀中PTWs主要依靠机械力实现吸附和共沉积。PTWs和镀件相互作用时,其吸附分为弱吸附和强吸附两个阶段,只有当PTWs的吸附强度大于临界吸附强度时,PTWs才能嵌入到镀层中。本文提出的共析量数学模型在该复合镀体系中得到实验证实。 腐蚀性能检验结果表明,Ni-P-PTWs化学复合镀层的耐腐蚀性能相比于Ni-P镀层,未进一步改善,且随着复合镀层中PTWs含量的增加,复合镀层的耐蚀性下降。高温氧化性能测试表明,Ni-P-PTWs复合镀层的增重曲线符合幂函数关系,由于PTWs降低了氧化膜的致密性,使原有基质金属镀层的高温抗氧化性能下降。 Ni-P-PTWs化学复合镀层的稳定结构为Ni+Ni3P+PTWs的混合结构。由于PTWs的软化效应占主导地位,导致复合镀层硬度较低。在热处理过程中,复合镀层的硬度随温度呈现单峰变化规律。由于PTWs具有一定的自润滑性能,复合镀层的摩擦因数小,而且稳定,具有良好的减摩抗磨性能。 Ni-P-PTWs化学复合镀层的残余应力随镀液pH值的升高而逐渐由压应力转化为拉应力,热处理温度的升高使镀层的拉应力增大。随着镀层厚度的增加,残余应力不断减小。拉伸试验结果表明PTWs的共沉积有利于提高Ni-P-PTWs化学复合镀层的韧性,但复合镀层的断裂仍呈现脆性断裂的特征。随着PTWs含量的增加,Ni-P-PTWs复合镀试样的抗拉强度和弹性模量降低,而最大延伸率、断面收缩率和拉伸断口侧面的裂纹密度增加。纳米压痕试验结果表明随着镀层中PTWs含量的增加,复合镀层的硬度和弹性模量下降;同时,复合镀层的硬度和弹性模量随压头压入深度的增大呈渐增的趋势。


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