超声场中阴极旋转条件下脉冲电沉积Ni-ZrO2纳米复合镀层试验研究

摘要

电沉积纳米复合镀层具有良好的耐腐蚀性、抗高温氧化性和耐磨减摩性等特性。采用脉冲电流进行纳米复合电沉积可以降低浓差极化、细化组织晶粒；利用超声波和旋转阴极等辅助电沉积能改善复合镀层微观结构，提高镀层质量。将超声波和旋转阴极结合应用于脉冲纳米复合电沉积有望进一步提高纳米复合镀层的性能。
　　本论文以氧化锆（ZrO2）纳米颗粒作为复合电沉积中的强化相颗粒，进行了超声场中旋转阴极条件下脉冲电沉积纳米复合镀层的试验研究。成功制备出Ni-ZrO2纳米复合镀层并获得了一组工艺参数，分析了复合镀层的微观结构，考察了复合镀层的性能。
　　研究了 ZrO2纳米颗粒添加量、脉冲电流、超声波和旋转阴极等对复合镀层中 ZrO2含量的影响。获得了一组超声场中旋转阴极脉冲电沉积制备 Ni-ZrO2纳米复合镀层较适宜的工艺参数，即：ZrO2添加量45g/L，脉冲平均电流密度4A/dm2，脉冲频率666Hz、占空比0.4，超声波频率28kHz、功率120W，阴极旋转速度800r/min，镀液温度45℃，磁力搅拌速率1000r/min。
　　分析了不同电沉积方式制备的复合镀层的微观组织和结构。得出了 ZrO2纳米颗粒、脉冲电流、超声场和旋转阴极等因素对纳米复合镀层晶粒细化、致密度、结晶择优取向等的作用规律。考察了不同电沉积方式下制备的镀层的显微硬度、抗氧化性、耐腐蚀性、耐磨减摩性能，分析了纳米颗粒、脉冲电流、超声场和旋转阴极对镀层性能的影响规律。
　　探讨了脉冲电流、超声波和旋转阴极在纳米复合电沉积中的作用机理。脉冲电流降低了电沉积中的浓差极化，促进纳米颗粒共沉积；超声波的空化效应和声流作用抑制纳米颗粒团聚，促进了纳米颗粒均匀分布；旋转阴极抑制了阴极表面析氢，优化了电结晶环境。
　　本研究工作可为超声波、旋转阴极和脉冲电流在纳米复合电沉积中应用提供试验依据，对开发高性能纳米复合镀层有一定的参考价值。

目录

第1章 绪论

1.1选题依据及研究意义

1.2纳米复合电沉积技术

1.3超声波辅助纳米复合电沉积的研究现状

1.4旋转阴极辅助纳米复合电沉积的研究现状

1.5研究主要内容

第2章 试验与分析方法

2.1试验装置

2.2复合电沉积的工艺及流程

2.3复合镀层分析及性能测试

2.4本章小结

第3章 纳米复合镀层的制备工艺

3.1纳米颗粒添加量对镀层中ZrO2含量的影响

3.2脉冲电流对镀层中ZrO2含量的影响

3.3超声波对镀层中ZrO2含量的影响

3.4阴极旋转速度对镀层中ZrO2含量的影响

3.5工艺参数的确定

3.6本章小结

第4章 纳米复合镀层的微观分析

4.1镀层微观形貌分析

4.2镀层XRD分析

4.3镀层TEM分析

4.4本章小结

第5章 纳米复合镀层的性能

5.1显微硬度

5.2耐酸腐蚀性能

5.3耐高温氧化性能

5.4摩擦磨损性能

5.5本章小结

第6章 结论

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果