螺旋桨叶片腐蚀失效机理的研究及镍基防护层的制备与优化

摘要

对于机械零件，利用表面工程提高零件的表面性能是改善现代机械在复杂工况下可靠而持续运转的手段之一。现有的船用螺旋桨叶片以黄铜为基材，虽然黄铜性质优越，但是脱锌使螺旋桨的服役寿命降低，制备合适的防护层是延长其服役寿命的可行手段。
　　本论文研究的主题是选用化学镀制备镍基镀层，同时在制备镍基镀层研究了第三元素与重熔技术改善镀层性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、光电子能谱仪(XPS)对基材和镀层的表/截面形貌、组织结构进行表征，利用电化学工作站、硬度测试仪、摩擦磨损试验机、冲蚀设备检测了镀层的机械性能，对制备及优化工艺进行了对比。
　　基于螺旋桨叶片的腐蚀研究表明：螺旋桨叶片基体在酸性、碱性、中性环境下腐蚀程度与腐蚀机制各有差异，确定了基材的腐蚀失效机制，HSn62-1在H2SO4中的脱锌可能遵循选择性溶解理论，在NaCl介质、NaOH介质中可能属溶解再沉积；HSn62-1在3种类型的腐蚀介质中的腐蚀产物中都有CuO和ZnO，H2SO4中有Cu2O和ZnSO4；NaCl中有Cu2O和大量Zn(OH)2；NaOH中有大量Cu(OH)2和少量Zn(OH)2；HSn62-1在H2SO4溶液中为以析氢腐蚀为主混合机制，在NaCl溶液中为析氢腐蚀，在NaOH溶液中为吸氧腐蚀。
　　Ni-P-X多元镀层的研究表明：W、WC、Cr、Al2O3、Co元素对Ni-P基镀层的形貌、结晶度和机械性能有不同的影响，其中Ni-P-Al2O3和Ni-Co-P显示出优越的性能，并在此基础上制备以Ni-Co-P为底，Ni-P为表层的复合镀层，具有优异的结合力。
　　针对不同磷含量的重熔实验表明：低磷镀层重熔有助于提高耐蚀性和硬度，增强其耐磨损性能，但冲蚀失重明显增大；对比无磷镀层重熔表明磷含量的降低导致硬度下降，由粘着-磨料协同机制转变为塑性变形较大的粘着磨损，冲蚀失重降低，但硬度减小不利于抗摩擦磨损。由此明确P的存在使镍基镀层中形成Ni3P间隙固溶体，从而提高了镀层的强度。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 黄铜的腐蚀机制

1.3 化学镀的发展历史及研究现状

1.4 等离子重熔技术的发展及研究现状

1.5论文的研究目的及内容

第2章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 化学镀制备镍基镀层以及镀层重熔的方法

2.3 形貌、成分及物相表征方式

2.4 性能测试

2.4 力学性能测试

第3章 螺旋桨铜基材的腐蚀机制研究

3.1 腐蚀形貌和元素状态分析

3.2 腐蚀过程及腐蚀性能分析

3.3 本章小结

第4章 镍基Ni-P-X防护镀层的表征及性能研究

4.1 镍磷基涂层的制备

4.2 化学镀涂层形貌与性能的表征

4.3 Ni-P-X镀层的结晶状态分析

4.4 多种镀层的耐蚀性分析

4.5 Ni-P-X镀层的机械性能分析

4.6 本章小结

第5章 Ni-P-X/Ni-P防护层的表征及实际施镀

5.1 双层镀层的微观形貌分析

5.2 Ni-P-X/Ni-P镀层的性能测试

5.3 实际施镀工件展示

5.4 Ni-Co-P/Ni-P双层镀层的盐雾检测

5.5 本章小结

第6章 重熔工艺改善防护效果的探索

6.1 中磷镀层等离子重熔改善镀层防护质量的探索

6.2 低磷Ni-8%P、无磷Ni-Co镀层等离子重熔镀层防护质量的探索

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文与取得的科研成果

致谢