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20g高温高磷Ni-P化学镀研究及应用

作　者: 田丰
导　师: 张罡
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: 化学镀高磷 Ni-P合金耐蚀性摩擦系数
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

化学镀 Ni-P合金是利用还原剂在工件表面上自催化还原沉积得到Ni-P镀层,作为提高金属等材料表面耐磨和耐蚀性能的一种表面强化方法,已广泛应用于电子、机械、石油等众多领域。本文在综合分析大量文献的基础上,对化学镀镍的研究现状与进展进行了综述,探讨了化学镀的热力学和动力学机理。以锅炉用钢(20g)及高温合金钢(GH3536)为基体,通过实验,研究了化学镀镍工艺的一般组成和各组分所起的作用。在此基础上,研究了工艺参数对镀速及含磷量的影响,研究高温高磷的化学镀Ni-P合金工艺的最佳方案。并在此配方的基础上,选用超声波和高剪切机结合的分散方法加入第三相粒子SiC(1~5μm)制备了Ni-P-SiC复合镀层。通过实验得出最佳工艺配方(TF)为:硫酸镍30g/L,次亚磷酸钠为28g/L,稳定剂1.0mg/L,10g/L柠檬酸与4g/L乳酸复配络合剂,缓冲剂为10g/L,pH值为4.5,施镀温度为90℃。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、摩擦磨损试验机及显微硬度仪等对镀层的表面形貌、相结构、耐磨性及硬度等进行表征。TF配方下获得镀速为22.38μm/h、镀态硬度为HV700~750的镀层,该镀层表面平整致密具有银白色金属光泽。XRD实验表明含磷量为13.10%的高磷镀层呈非晶态结构,400℃为Ni-P镀层的晶化温度,此时硬度达到最高值接近HV1800。中性盐雾实验表明镀层的腐蚀速率远低于基体材料,144h中性盐雾实验后镀层表面未发生明显变化,能对基体合金起到防护作用。对Ni-P镀层及Ni-P-SiC复合镀层进行摩擦磨损实验,Ni-P-SiC复合镀层的摩擦系数约为0.2,Ni-P镀层摩擦系数为0.3,表明复合镀层的耐磨性高于镍磷镀层。采用研究出的TF配方和工艺,在高温合金GH3536表面制备了出含磷量为11.33%、硬度为HV503的高磷镀层。常用非晶态镀层耐蚀性好、硬度较低。同常用镀液配方相比,TF配方和工艺获得的非晶态镀层硬度高达HV750,兼顾了高耐蚀和高硬度的优点。TF配方与黎明航空发动机公司工业应用的配方进行对比,TF配方所得镀层硬度提高约30%。对镀液使用周期的研究表明,TF镀液使用寿命可达8MTO。因此,TF配方具有配方构成与工艺参数控制的科学性、生产应用的可行性和技术经济价值。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-13
第1章绪论  13-30
  1.1 引言  13
  1.2 化学镀的发展简史及应用前景  13-16
    1.2.1 化学镀的发展史  13-15
    1.2.2 化学镀的应用前景  15-16
  1.3 化学镀的基本原理  16-19
    1.3.1 化学镀的热力学机理  16-17
    1.3.2 化学镀的动力学机理  17
    1.3.3 化学镀Ni-P 合金机理  17-19
  1.4 镀液中主要成分的作用  19-20
  1.5 化学镀NI-P 的优点  20
  1.6 国内外研究现状  20-26
    1.6.1 高温酸性化学镀Ni-P  20-21
    1.6.2 高磷酸性化学镀Ni-P  21
    1.6.3 含复合络合剂的化学镀Ni-P  21-22
    1.6.4 含复合稳定剂的化学镀Ni-P  22-23
    1.6.5 含复合络合剂和复合稳定剂的化学镀Ni-P  23
    1.6.6 含复合加速剂的化学镀Ni-P  23-24
    1.6.7 化学镀Ni-P 合金性能的研究  24-25
    1.6.8 Ni-P-SiC 复合化学镀  25
    1.6.9 国外研究现状  25-26
  1.7 本课题研究背景及意义  26-27
  1.8 本课题研究内容和技术路线  27-28
    1.8.1 典型低碳合金结构钢(209)的Ni-P 化学镀  27
    1.8.2 Ni-P-SiC 复合镀层的制备  27-28
    1.8.3 镍基高温合金(GH3536)的Ni-P 化学镀  28
    1.8.4 具备产业化前景的长寿命镀液的探索  28
    1.8.5 技术路线  28
  1.9 本章小结  28-30
第2章实验方案  30-43
  2.1 实验目的  30
  2.2 镀液配方及工艺方案  30-33
  2.3 实验药品、仪器及设备  33-34
    2.3.1 实验药品  33
    2.3.2 实验仪器及设备  33-34
  2.4 实验工艺流程及步骤  34-39
    2.4.1 试样准备  35
    2.4.2 镀前处理  35-37
    2.4.3 配制镀液的方法  37-38
    2.4.4 化学镀及后序工艺  38
    2.4.5 化学镀实验步骤  38-39
  2.5 镀液分析测试方法  39-40
    2.5.1 镍离子浓度的测定计算  39
    2.5.2 次亚磷酸钠浓度的测定计算  39-40
    2.5.3 亚磷酸钠浓度的测定计算  40
  2.6 镀层性能测试方法  40-42
    2.6.1 镀液稳定性的测定计算  40
    2.6.2 镀速测定计算  40-41
    2.6.3 硬度  41
    2.6.4 镀层表面形貌及镀层含磷量的测定  41
    2.6.5 镀层相结构分析  41
    2.6.6 耐腐蚀盐雾试验  41
    2.6.7 摩擦磨损试验  41
    2.6.8 热处理试验  41-42
  2.7 本章小结  42-43
第3章实验结果与分析  43-54
  3.1 镀层表面形貌  43-46
  3.2 镀层横截面形貌  46-47
  3.3 实验结果综合分析  47
  3.4 单一组分对沉积速度的影响  47-53
    3.4.1 主盐及还原剂对沉积速度的影响  47-49
    3.4.2 络合剂对沉积速度及镀液稳定性的影响  49-50
    3.4.3 稳定剂Pd~(2+)对沉积速度的影响  50
    3.4.4 缓冲剂对沉积速度的影响  50-51
    3.4.5 镀液温度对沉积速度的影响  51-52
    3.4.6 pH 值对沉积速度的影响  52-53
  3.5 本章小结  53-54
第4章 NI-P 镀层的结构与性能  54-70
  4.1 镀层表面及横截面形貌分析  54
  4.2 镀层表面成分分析  54-55
  4.3 镀层的热处理  55-60
    4.3.1 热处理后的表面形貌  55-56
    4.3.2 热处理后Ni-P 镀层的XRD 分析  56-59
    4.3.3 热处理温度对Ni-P 镀层硬度的影响  59-60
  4.4 镀层的盐雾腐蚀  60-64
    4.4.1 未经热处理的镀层盐雾腐蚀后的显微组织形貌  60-62
    4.4.2 热处理后镀层盐雾腐蚀  62-64
  4.5 镀层的耐磨性能  64-69
    4.5.1 热处理温度对Ni-P 镀层耐磨性的影响  64-66
    4.5.2 载荷对镀层摩擦磨损性能的影响  66-68
    4.5.3 转速对摩擦性能的影响  68-69
  4.6 本章小结  69-70
第5章 NI-P-SIC 复合镀层的制备  70-75
  5.1 实验方法  70
    5.1.1 Ni-P-SiC 复合镀层的制备  70
    5.1.2 实验设备  70
    5.1.3 分析测试方法  70
  5.2 实验结果分析  70-73
    5.2.1 SiC 的分散方式对粒径的影响  70-72
    5.2.2 SiC 微粒的粒径选择  72
    5.2.3 镀液中SiC 微粒的含量  72-73
    5.2.4 Ni-P-SiC 复合镀层表面形貌及XRD  73
  5.3 复合镀层的摩擦磨损试验  73-74
  5.4 本章小结  74-75
第6章工业应用研究  75-80
  6.1 高温合金GH3536 的NI-P 化学镀试验  75-76
    6.1.1 镀层表面形貌及能谱分析  75-76
  6.2 对比实验  76
  6.3 长寿命镀液的探索  76-79
    6.3.1 不同周期对镀层镀速及含磷量的影响  77-78
    6.3.2 不同周期下镀层表面形貌  78-79
  6.4 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-89
攻读硕士学位期间发表的学术论文  89-90
致谢  90

20g高温高磷Ni-P化学镀研究及应用

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