SrSO4和Ni-SrSO4涂层的电沉积工艺及性能研究

摘要

SrSO4是一种具有良好摩擦性能的固体自润滑材料。本文通过在EDTA(乙二酸四乙胺酸)络合SrSO4水溶液中电沉积的方法,分别在SS304和高温合金基板上制备纯SrSO4涂层,通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究SrSO4晶体在电沉积过程中的生长规律。并在高温合金表面制得Ni-SrSO4复合镀层,研究了SrSO4颗粒的引入对镀层性能的影响规律。通过对SS304和高温合金基板上电沉积涂层的研究发现,在两种基板上电沉积,阳极发生的电化学反应因为溶液中离子的不同而存在较大的差异。不锈钢阳极表面生成的SrSO4晶体在(210)晶面上出现了择优取向生长,而在(002)晶面上的生长受到抑制。在高温合金阳极表面生成的SrSO4晶体形貌由于pH值改变量比较大,呈现出十面体结构,通过SEM和XRD分析,没有发现晶体的择优取向生长,可以认为SrSO4晶体在电沉积工艺中的生长过程受pH值和电流强度的双重控制。经过适当的预处理工艺,可以得到与高温合金基体结合强度良好的Ni-SrSO4复合镀层。复合镀层的SrSO4的共沉积量和沉积速率受不同的电沉积工艺影响,如电流强度和电解液中粉体的含量。随着电流强度的提高及SrSO4粉体含量的提高,共析量都是先呈现上升的趋势,随后下降。随着温度的升高,共析量下降。Ni-SrSO4复合电镀的最佳工艺参数为:电流Dk=1.5A/dm2,粉体含量为60g/L,温度T=40℃,时间30min,pH=4,搅拌方式为间歇搅拌,间歇75s,搅拌15s。通过对复合镀层的性能分析发现,纳米SrSO4颗粒的引入能够改善高温合金表面镀镍层的表面形貌,使其晶粒细化,表面平整,并由于其弥散强化作用,提高其显微硬度。在镀层中引入纳米SrSO4颗粒能够改善镀层的摩擦磨损性能。使其获得较小的摩擦系数和磨损量。SrSO4颗粒之所以能够显著改善Ni基复合镀层的摩擦磨损性能,其主要原因在于颗粒的弥散强化效应和晶粒细化效应,以及复合镀层中SrSO4颗粒自身优异的的摩擦性能。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 硫酸盐的结构及其摩擦学性能

1.2.1 硫酸盐的物理化学性质与结构

1.2.2 硫酸盐的摩擦学性能

1.3 涂层的电化学制备方法

1.3.1 复合电镀

1.3.2 复合电镀的机理研究

1.3.3 复合电镀工艺参数的研究

1.3.4 在EDTA水溶液体系中的电沉积

1.4 本论文研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的及意义

1.4.2 主要研究内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 试验材料

2.1.1 试验基板的选择

2.1.2 基板的处理工艺

2.1.3 试验用SrSO_4粉体

2.2 电沉积溶液的配制

2.2.1 EDTA络合SrSO_4溶液的组成及配制

2.2.2 电镀液的组成及配制

2.3 正交试验

2.3.1 正交试验原理

2.3.2 正交试验设计和水平的测定

2.4 分析测试方法

2.4.1 涂层的XRD物相分析

2.4.2 组织结构的SEM分析

2.4.3 涂层的摩擦性能测试

2.4.4 硬度测试

第3章 EDTA络合SrSO_4溶液中的电沉积

3.1 酸沉积试验

3.2 不锈钢基板上的电沉积

3.2.1 电沉积原理分析

3.2.2 电沉积工艺条件对涂层组织形貌的影响

3.2.3 XRD物相分析

3.3 高温合金基板上的电沉积

3.3.1 电沉积原理分析

3.3.2 电沉积工艺条件对涂层组织形貌的影响

3.3.3 XRD物相分析

3.4 本章小结

第4章 复合电镀Ni-SrSO_4涂层的工艺及性能研究

4.1 高温合金镀前预处理

4.1.1 预处理方法

4.1.2 镀层的结果分析

4.2 工艺条件对复合镀层的影响

4.2.1 正交试验结果分析

4.2.2 搅拌方式对共析量的影响

4.3 镀层的表面形貌及截面分析

4.4 Ni-SrSO_4复合镀层的硬度

4.5 Ni-SrSO_4复合镀层的摩擦性能

4.6 本章小结

结论

参考文献

致谢