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电沉积Ni-W-B系复合镀层的工艺及性能研究

王军丽  
【摘要】:本文阐述了目前国内外Ni-B、Ni-W、Ni-W-B等复合镀层研究现状,在此基础上,作者提出了一种利用脉冲电沉积来制取RE-Ni-W-B复合镀层的新方法。此外,通过在RE-Ni-W-B体系中添加PTFE、BN、MoS_2、SiC、B_4C、Al_2O_3固体颗粒,以降低该复合镀层的内应力,消除复合镀层的表面裂纹,并提高复合镀层的硬度及耐磨性等性能。 阐述了合金共沉积、复合电沉积理论及脉冲电沉积RE-Ni-W-B系工艺的沉积机理,并借助于W-H_2O系电位-pH图、B-H_2O系电位-pH图、Ni-B-H_2O系电位-pH图,从热力学角度探讨了电沉积RE-Ni-W-B系复合镀层的可能性以及难易程度。 采用正交实验方法研究了直流电沉积RE-Ni-W-B工艺,通过对复合镀层硬度及沉积速度的分析,筛选出了最佳的工艺条件。但由于镀层脆性较大,复合镀层表面裂纹众多。 在确定出直流电沉积最佳工艺条件的基础上,又采用脉冲电沉积的方法来制取RE-Ni-W-B多元复合镀层,降低了复合镀层的内应力,减少了镀层的表面裂纹,同时提高了复合镀层的硬度及耐磨性,得出了脉冲复合电沉积RE-Ni-W-B的最佳脉冲频率及占空比,但该复合镀层的表面裂纹仍很明显。 研究了SiC、B_4C、Al_2O_3等硬质耐磨固体颗粒及PTFE、BN、MoS_2等减摩微粒对脉冲电沉积RE-Ni-W-B复合镀层性能的影响。实验表明,在这些颗粒共沉积的同时,降低了其它品粒的尺寸,而且镀液中这些颗粒含量越多,沉积的晶粒尺寸就越小。因此,这些颗粒的使用,彻底消除了复合镀层的表面裂纹,提高了镀层表面的光滑度。 通过成份分析表明,与直流电沉积相比,采用脉冲电沉积的方法能提高RE-Ni-W-B多元复合镀层中W和B的含量。镀液中所添加的SiC、B_4C、Al_2O_3、PTFE、BN、MoS_2颗粒在镀层中均有不同程度的沉积,但又会对镀层中W和B的含量产生影响。 对RE-Ni-W-B-MoS_4-B_4C和RE-Ni-W-B-PTFE-B_4C两种复合镀层的相结构进行了分析,结果表明,RE-Ni-W-B-MoS_2-B_4C复合镀层镀态下以非晶态为主,部分已晶化;当经500℃热处理后,镀层已晶化;经800℃热处理后,CeO_2和B_4C仍以化合物的形式存在。而RE-Ni-W-B-PTFE-B_4C复合镀层在镀态下介于非晶与微晶之间;200℃热处理后,镀层状态 绍毋Z梦/又一贷硬子一学夕z甘丈 卿岁 变为微晶;400℃热处理后,PTFE的特征峰线强度变弱;600℃热处理后复合镀层完全品 化,合金的原子排列规则,PTFE完全分解;经800℃热处理后,CeOZ和B汇仍以化合物的 少侈式存在。 通过对复合镀层硬度、磨损率及高温抗氧化性的比较分析,研究了SIC、氏C、A12认 三种不同的硬质颗粒对RE一Ni一W一B一PFTE、RE一Ni一W一B一BN及RE一Ni一W一B一MOS,复合镀层性能 的影响。含有SIC、B不、A12O:、的RE一Ni一w一B复合镀层性能优异,硬度明显高于不加含固 体颗粒时RE一Ni一W一B复合镀层,磨损率也显著低于RE一Ni一W一B复合镀层。并得出在脉冲 电沉积获得的RE一Ni一w一多元复合镀层中,在添加PTFE、BN、MoSZ三种物质中,自润滑 性能最好的是PTFE。


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