Ni-BaCr2O4复合涂层的电沉积工艺及摩擦学性能研究

摘要

本文以等比例混合的BaCO3和Cr2O3粉体为原料，采用高温固相反应法制备三价铬酸盐BaCr2O4粉体。采用复合电沉积方法在Inconel718高温合金表面制备出不同纯Ni涂层和Ni-BaCr2O4复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机研究BaCr2O4颗粒的引入对电沉积复合涂层的组织形貌、显微硬度和摩擦学性能的影响，并揭示其磨损机理。
　　通过适当的预处理工艺和单因素实验，采用电沉积法可制备出结合良好的纯 Ni涂层。优化的工艺参数为：pH=3、电沉积时间1h、电流密度1.5-6dm2、温度30-60℃。同高温合金基板相比，电沉积纯镍涂层的摩擦磨损性能得到明显改善。高温合金基板的摩擦系数在0.5-0.65之间，磨痕宽度为500-550m，磨损机制为粘着磨损；纯镍涂层的摩擦系数为0.35-0.4之间，磨痕宽度为300m左右，磨损机制为氧化磨损和轻微的剥层磨损。本试验条件下，不同电流密度对纯镍涂层的摩擦系数和磨痕形貌几乎没有影响；随着温度的升高，纯镍涂层的摩擦系数逐渐升高。
　　采用正交试验法研究电流密度、温度和粉体浓度三因素对电沉积复合涂层中粉体共析量的影响。随电流密度和温度的增加，复合涂层中粉体共析量先增加后减少；随电镀液中粉体浓度的增大，粉体共析量呈现单调递增。电沉积Ni-BaCr2O4复合涂层的最佳工艺参数为：电流密度3A/dm2、粉体含量70g/L、温度50℃、pH=3和时间1h。
　　BaCr2O4颗粒的引入使复合涂层晶粒细化，表面更为平整。随复合涂层中BaCr2O4粉体共析量的增加，涂层晶粒细化程度增加。BaCr2O4颗粒对涂层的弥散强化作用显著提高了复合涂层的显微硬度。纯镍涂层和粉体体积分数为16.6％的Ni-BaCr2O4复合涂层的显微硬度分别为279HV和746HV。
　　BaCr2O4颗粒的弥散强化和在摩擦过程中的承载作用，能够有效地改善复合涂层的摩擦学性能。同高温合金基板和纯镍涂层相比，Ni-16.6%BaCr2O4复合涂层的摩擦系数降低至0.3左右，磨损率由高温合金的3.47×10-5mm3/Nm降低到2.79×10-6mm3/Nm。随复合涂层中BaCr2O4粉体共析量的增加，磨痕表面变得更加平滑，有效地减少了粘着和剥落现象。

目录

Ni-BaCr2O4复合涂层的电沉积工艺及摩擦学性能研究

RESEARCH ON ELECTRODEPOSITION AND

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 复合电沉积发展历史及研究现状

1.3 复合涂层的分类应用与新进展

1.4 复合电沉积机理研究

1.5 影响复合电沉积诸因素

1.6 本论文研究目的意义及内容

第2章 试验材料与研究方法

2.1 实验选用原材料

2.2 电沉积液的配制

2.3 实验所用基板及处理工艺

2.4 实验用铬酸盐粉体

2.5 正交试验

2.6 分析测试方法

第3章 纯镍涂层的电沉积工艺及性能研究

3.1 电沉积反应过程

3.2 电沉积镍涂层的试验参数设计

3.3 镍涂层的横截面形貌

3.4 纯镍涂层物相分析

3.5 纯镍涂层的组织形貌

3.6 电沉积制备纯镍涂层的摩擦性能

3.7 磨损表面形貌和摩擦机理分析

3.8 本章小结

第4章 Ni–铬酸盐复合涂层的电沉积工艺及摩擦磨损性能研究

4.1 铬酸盐粉体的制备与表征

4.2 电沉积工艺参数对复合涂层的影响

4.3 复合涂层的表面形貌和截面分析

4.4 Ni–BaCr2O4 复合涂层的硬度

4.5 Ni–BaCr2O4 复合涂层的摩擦磨损性能

4.6 Ni–BaCr2O4 复合涂层的磨损表面形貌与磨损机理分析

4.7 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢