Ni-P-WC化学复合镀层的制备及性能研究

摘要

复合化学镀是一种新兴的表面处理技术，将它与热处理、激光处理等技术相结合，形成性能优异的耐磨性镀层已成为人们研究的焦点。本论文采用中性镀液经预镀+复合镀在45钢基体表面制备出孔隙率小、镀层结合力良好、厚度为20μm左右、含磷量为5.99％的中低磷非晶Ni-P-WC复合镀层;研究镀液中WC的添加量对镀速、镀层形貌及硬度等性能的影响，确定复合镀的最佳工艺参数;采用光学显微镜、原子力显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射等手段对镀层表面形貌、成分及相进行分析。结果表明，随着镀液中WC含量增大，沉积速度逐渐下降，镀层表面逐渐变暗变黑，其外观质量变差;镀层起伏由0～2.1μm增加到0～3.7μm，粗糙度增大;镀层硬度随着镀液中WC含量的增多出现先上升后下降的趋势，当WC含量为3g/l时，镀层硬度达到最大。
　　对复合镀层进行200℃、300℃、400℃、500℃热处理，发现，镀层由非晶态向晶态转变，并脱溶析出金属间化合物Ni3P，WC晶粒并未发生变化，镀层硬度提高，且在400℃热处理后硬度达到最高。对镀层采用两种激光器进行处理，发现，镀层分别在450V～750V电压下经纳秒激光器处理，其镀层形貌随着电压增大逐渐呈现出熔融的状态，但整体依然保持胞状形态;镀层硬度随着激光处理电压增大出现先升高后降低的现象，并在电压为550V时镀层硬度达到最高，XRD显示镀层依然保持非晶态;经光纤激光器处理后的镀层表面形貌明显改变，镀层表面出现显微微裂纹，且呈现出一种熔融状态，硬度下降明显，与纯镍相硬度相当，XRD表明镀层有晶态Ni析出。摩擦磨损实验结果发现，经纳秒激光器激光熔覆后的镀层摩擦系数最小，耐磨性最好。对镍磷微粒复合镀的生长机制进行探讨，认为在其在含有WC的地方优先生长，镍磷胞互相堆叠，逐层生长。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 化学镀沉积机理

1．3 复合化学镀沉积机理

1．4 耐磨性复合镀层的分类

1．4．1 自润滑减磨镀层

1．4．2 含有硬质颗粒的复合镀层

1．4．3 三元及多元合金镀层

1．5 复合镀层的镀后处理

1．5．1 激光熔覆

1．5．2 采用激光熔覆制备镀层的主要难点以及发展趋势

1．6 本课题研究的问题及意义

第2章 实验方法

2．1 实验方法及条件

2．1．1 基体材料的前处理

2．1．2 WC粉末与预处理

2．1．3 复合镀工艺

2．1．4 镀液的配置

2．1．5 主要实验设备及测试方法

2．1．6 镀后热处理

第3章 复合镀实验结果及分析

3．1 施镀配方的选择

3．1．1 直接复合镀工艺下下镀层的表面形貌

3．1．2 温度对沉积速度的影响

3．2 表面活性剂的选择

3．2．1 表面活性剂对镀层表面质量的影响

3．2．2 表面活性剂对镀层硬度的影响

3．3 工艺参数对沉积速度的影响

3．3．1 施镀时间对沉积速度的影响

3．4 WC加入量对镀层的影响

3．4．1 WC加入量对镀层形貌的影响

3．4．2 WC含量对沉积速度的影响

3．4．3 WC含量对镀层硬度的影响

3．5 镀层的相组成及成分分析

3．6 晶粒度大小分析

3．7 镀层的孔隙率

3．8 镀层结合力测试

3．9 本章小结

第4章 复合镀层的镀后处理及结果分析

4．1 镀后热处理及结果分析

4．1．1 镀层硬度分析

4．1．2 复合镀层摩擦磨损性能

4．2 激光熔覆实验及结果分析

4．2．1 激光处理工艺及设备

4．2．2 激光处理结果分析

4．2．3 XRD分析结果

4．2．4 显微硬度测试

4．2．5 摩擦磨损性能

4．2．6 耐腐蚀性能

4．3 本章小结

第5章 Ni-P-WC复合镀层的生长机制探讨

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢