铝合金上Ni-Co-P/SiN化学复合镀层的制备与性能研究

摘要

随着铝合金材料的广泛应用，其硬度低、耐磨性差等缺点越来越突出。在使用前对铝合金进行表面处理显得尤为重要。作为一种新兴的表面处理工艺，复合化学镀通过在镀液中加入不溶性微粒，使之与镍基合金等传统镀层共沉积，从而获得各种不同物理化学性质的镀层。
　　 本文研究了铝合金上化学复合镀Ni-Co-P/Si3N4制备工艺，改进了Al合金的前处理工艺，成功制备出Ni-Co-P/Si3N4复合镀层。利用扫描电镜、能谱仪和磨损试验机等，对镀层的表面形貌、成分和耐磨性进行检测。研究了热处理对于镀层形貌、硬度、耐磨性、结合力的影响，发现：
　　 (1)Ni-P、Ni-Co-P、Ni-Co-P/Si3N4三种镀层的表面形貌均为胞状结构，随着热处理温度的升高，Ni-Co-P/Si3N4晶粒尺寸有变大的趋势。
　　 (2)镀层中粉末含量越高，镀层的显微硬度和耐磨性越好。
　　 (3)热处理可以提高Ni-Co-P和Ni-Co-P/Si3N4镀层的硬度、耐磨性和结合力。400℃以下时，随着热处理温度的升高，硬度升高；超过400℃，硬度开始下降；热处理对Ni-Co-P镀层耐磨性的提高幅度大于Ni-Co-P/Si3N4镀层。
　　 通过化学镀复合镀Ni-Co-P/Si3N4正交实验，获得了工艺参数对镀层性能的影响规律：
　　 增大次磷酸钠含量、硫酸镍含量、氮化硅含量、镀液PH值、施镀时间以及温度，降低硫酸钴含量可以增加镀层硬度；增大次磷酸钠含量、硫酸镍含量、镀液PH值、施镀时间以及温度，降低硫酸钴含量，保持氮化硅含量适中可以增加镀层厚度。综合考虑镀层硬度、厚度后，得到化学复合镀Ni-Co-P/Si3N4复合镀层的优化工艺参数：硫酸镍26 g/l，硫酸钴12g/l，次磷酸钠28 g/l，PH值6.0，氮化硅7-10 g/l，镀膜时间3H，温度95℃，缓冲剂硼酸15g/l，络合剂柠檬酸10g/l，稳定剂硫脲0.002g/l。优化工艺制备的镀层沉积致密、均匀，孔隙率低；镀层耐磨性、硬度、结合力等性能接近日本生产的样品性能，为工业生产提供理论研究价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪 论

1.1引言

1.2化学镀镍技术

1.2.1概述

1.2.2化学镀镍的特点

1.2.3化学镀镍的应用及发展趋势

1.3化学镀镍-磷基多元合金

1.3.1概述

1.3.2化学镀镍钴磷合金原理

1.4化学复合镀镍技术

1.4.1概述

1.4.2化学复合镀原理

1.4.3影响化学复合镀的主要工艺因素

1.5本课题研究的内容和目的

2化学复合镀层的制备与检测

2.1实验装置

2.2镀前准备

2.2.1试样准备

2.2.2化学镀Ni-Co-P／Si3N4镀液的组成

2.2.3化学镀Ni-Co-P／Si3N4镀液的制备

2.2.4共沉积微粒的处理

2.3工艺流程及实验步骤

2.3.1基本工艺流程

2.3.2实验步骤

2.4镀层性能及检测方法

2.4.1重量的测定

2.4.2镀液PH值的测定

2.4.3显微硬度

2.4.4观测表面形貌和镀层厚度的测定

2.4.5镀层成分的测定

2.4.6耐磨性

2.4.7结合力

2.5本章小结

3 Ni-Co-P镀层的制备

3.1正交表的设计

3.2正交实验结果分析

3.2.1工艺参数对硬度的影响

3.2.2工艺参数对膜厚的影响

3.2.3工艺参数对镀层成分的影响

3.2.4优化工艺参数的获得

3.3本章小结

4 Ni-Co-P／Si3N4化学复合镀层的制备

4.1化学镀复合镀Ni-Co-P／Si3N4正交表设计

4.2正交实验结果分析

4.2.1镀层的显微硬度

4.2.2镀层厚度

4.2.3工艺参数对镀层成分的影响

4.3化学复合镀机理与正交试验结果讨论

4.3.1复合镀层形成机理讨论

4.3.2各因素对镀层厚度的影响分析

4.3.3各因素对镀层显微硬度的影响分析

4.3.4优化工艺参数的获得

4.4本章小结

5热处理对Ni-Co-P／Si3N4化学复合镀层性能的影响

5.1热处理对复合镀层的组织和形貌的影响

5.1.1复合镀层的微观形貌

5.1.2热处理对镀层表面形貌的影响

5.1.3复合镀层组织结构分析

5.2热处理对镀层显微硬度的影响

5.3粉末含量和热处理温度对复合镀层耐磨性能的影响

5.3.1粉末含量对耐磨性的影响

5.3.2热处理对耐磨性的影响

5.4热处理对镀层结合强度的影响

5.5化学复合镀与复合电镀制备的镀层性能比较

5.6本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2应用前景及展望

致 谢

参考文献

附 录