Ni-P-SiC复合化学镀的工艺与性能研究

摘要

与传统的钢铁材料或铝合金相比，钛合金是一种新型的结构材料。因其质轻，比强度高等优点,而得到广泛应用，特别在航空航天领域的应用，被称为“太空金属”。钛合金种类繁多，Ti6Al4V（TC4）是最早开发的钛合金，使用至今，仍是航空航天应用的主体材料。虽然钛合金性能优异，但其存在表面易氧化，耐磨性能较差等问题，使其在一些特殊条件下使用受到限制。
　　利用化学镀镍技术可以改善钛合金表面耐磨性，且Ni-P合金镀层硬度较高，具有较好的耐腐蚀性能，进一步拓宽了钛合金使用范围。然而，材料的耐磨性能与其表面硬度有直接关系，为更高的提升硬度，本课题在Ni-P低磷化学镀基础上研究了钛合金表面Ni-P-SiC复合化学镀层性能及其制备工艺。即在低磷镀液中添加入不溶的第二性SiC硬质颗粒，与Ni-P合金发生共沉积，形成Ni-P-SiC复合镀层，提高镀层硬度。
　　基于低磷镀镍液的不稳定性，本实验优先研究稳定剂硫脲在化学镀镍时的稳定效果，通过实验得到了添加0.5mg/L硫脲的镀液较稳定，镀层为低磷晶态镀层，含磷量为3.35％。
　　优化的二元低磷镀镍液的配方为：硫酸镍18~28g/L，次亚磷酸钠20~30g/L，络合剂16ml/L，络合剂B20ml/L，硫脲0.5mg/L，添加剂1g/L，氨水（调节pH）。试验条件为：施镀温度85±2℃，pH=7.0±0.2，镀液装载量0.5~1dm2/L。
　　复合化学镀时，为确保镀层中共析的SiC微粒均匀分布，镀层的性能稳定，低磷镀液中的SiC应为稳定的分散悬浮液。所以，复合化学镀首先研究SiC粉体的分散稳定性，利用超声波分散和高剪切分散等物理方法分散超微（粒径1~300nm）SiC粉体。研究结果为：超声波方法分散，其超声频率50kHz，时间60min的SiC粒度分布在0.2~0.8μm之间，效果最佳；高剪切方法分散，其高剪切转速4500r/min，时间30min的SiC粒度50nm~100nm之间，效果最佳。两种物理分散方法，高剪切分散粒度满足复合镀使用要求，所以选用高剪切分散超微SiC粉体。
　　通过利用SEM、激光共聚焦、显微硬度、摩擦磨损等对镀层性能的检测及对比分析，确定复合化学镀镍的工艺。其镀液配方为：低磷镀液添加1g/L SiC（1~300nm）、试验条件：施镀温度85±2℃，pH=7.0±0.2，搅拌速度：15r/min，镀液装载量0.5~1dm2/L。镀态复合镀层硬度750HV，镀后400℃热处理硬度1230HV。

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第1章 绪论

1.1钛合金及其应用

1.2化学镀Ni-P合金

1.3低磷Ni-P化学镀研究进展

1.4复合化学镀镍

1.5本课题研究内容及意义

第2章 试验材料及过程

2.1 实验材料

2.2 实验仪器及装置

2.3 实验过程

2.5镀层表征及分析

第3章 二元低磷Ni-P化学镀液优化

3.1试验设计

3.2低磷镀层SEM形貌

3.3镀液寿命及镀层沉积速率

3.4低磷镀层检测分析

3.5 本章小结

第4章 SiC粉体的分散

4.1粉体团聚原因

4.2沉降实验

4.3超微粉SiC的前处理

4.4超声分散

4.5高剪切分散

4.6本章小结

第5章 复合化学镀Ni-P-SiC的工艺及性能

5.1试验设计

5.2镀层表面形貌形貌

5.3镀层表面粗糙度

5.4镀层成分分析

5.5镀层硬度

5.6镀层耐磨性能

5.7热处理

5.8镀液寿命

5.9化学镀镍层的后处理

5.10本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢