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镍—金刚石复合镀层的制备及其性能的研究

王永秀  
【摘要】:随着科学技术和现代工业的迅速发展,单一金属镀层已不能满足日益增长的需求,多功能复合镀层的研究和应用日愈广泛。镍基复合镀层是发展较早、也用的较多的耐磨镀层。镍本身是很好的耐磨基体,在电镀镍溶液中添加金刚石微粒,使其与镍金属共沉积形成一层金刚石分布均匀的复合镀层,这种镀层具有比单纯镍镀层更优异的使用性能,其硬度、耐磨性、耐蚀性等功能进一步提高,具有广阔应用前景,得到越来越多的关注。 本文针对铝基体化学镀层结合力不好,金刚石粉末润湿性、悬浮性差,镀层中金刚石分布不均匀、含量低等问题,重点研究了以铝片为基体,先进行化学预镀,对金刚石微粒表面进行强氧化处理,选择合适的分散剂,从而制备镍-金刚石复合镀层。研究结果和结论如下: (1)研究了还原剂、络合剂、pH值、温度、镀覆时间对化学镀层结合力的影响,并且找出了适宜工艺参数; (2)研究了温度、时间、混合酸配比对金刚石微粒表面强氧化处理效果的影响,并采用化学分散法找到了使金刚石微粒悬浮效果较好的分散剂A。 (3)通过单因素实验研究了金刚石浓度、分散剂添加量、电流密度、搅拌速度、镀覆时间、温度、pH值、溶液超声频率对电沉积镍-金刚石复合镀层性能的影响,采用正交试验对复合镀工艺条件进行了优化。在最佳工艺条件下,电沉积所得复合镀层外观平整致密,厚度达到16.18μm,硬度达到1927HV。SEM和EDS检测结果表明,金刚石微粒均匀分散于镀层中,基本上无团聚现象。镀层中主要含有Ni、O和C四种元素,其质量分数分别是35.21%、1.21%、63.58%,金刚石超细粉与镍实现了共沉积。 (4)XRD检测结果表明所得镍-金刚石复合镀层为非晶态结构,结合力试验表明镍-金刚石复合镀层与铝基体结合力良好。硬度测试表明,镀层中金刚石颗粒的存在,大大提高了镀层硬度。对镀层的交流阻抗试验和Tafel试验表明,在酸性、碱性和中性介质中,镍-金刚石复合镀层的耐蚀性能均优于纯镍镀层。 (5)阴极极化曲线表明,往镀液中添加络合剂、光亮剂和分散剂能够使镍的沉积电位负移,阴极极化增加,而且极化曲线的斜率减小,有利于镀层晶粒的细化,提高镀层光亮度;镀液中加入润湿剂和金刚石颗粒,对镍的沉积影响不如前三种显著,但也会使电沉积的阴极极化增强,加快电沉积反应。交流阻抗谱图和阻抗-电位图谱表明,往镀液中添加金刚石粉末,电阻增大。


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