脉冲电沉积金基纳米复合镀层的制备、表征及机理研究

摘要

作为纳米复合镀技术的一个新兴领域,脉冲纳米复合镀技术综合了脉冲镀技术和纳米复合镀技术的优势,具有很好的应用前景.然而,目前尚未有成熟的脉冲纳米复合镀理论,尤其是针对脉冲纳米复合镀技术特点与脉冲纳米复合镀层性能之间内在关联的探索还很少.这使得脉冲纳米复合镀技术的特点与优势没有得到充分挖掘. 本文对Au基脉冲纳米复合镀层的制备工艺及镀层结构与性能进行了研究,旨在探索脉冲纳米复合镀技术的特点和获得优异脉冲纳米复合镀层的途径. 采用脉冲纳米复合镀技术制备了Au-SiO<,2>和Au-SiC纳米复合镀层.利用ESEM、EDX和XRD等手段对复合镀层进行分析发现,与直流纳米复合镀相比,脉冲纳米复合镀技术具有以下优点:各个独立的脉冲参数增加了控制复合镀过程的手段；脉冲纳米复合镀技术可以提高镀层中纳米颗粒的复合量,可以使镀层的晶粒尺寸细小、结构致密、孔隙率低.研究了不同脉冲参数如阴极平均电流密度、占空比、脉冲周期等对镀层中纳米SiO<,2>和SiC含量的影响,探讨了Au基纳米复合镀层的最佳制备条件. 研究了Au-SiO<,2>和Au-SiC脉冲纳米复合镀层的硬度和耐磨性能.分析了脉冲参数对镀层硬度的影响规律,结合镀层磨损的ESEM分析,讨论了脉冲纳米复合镀层的磨损机理.结果表明,脉冲纳米复合镀层具有硬度高、耐磨性能好的特点.与纯Au镀层相比,在磨损过程中,脉冲纳米复合镀层中纳米颗粒均匀分散,增强了颗粒与基体的结合,减少了粘着磨损以及磨料磨损的发生. 分析了复合镀层在3.5﹪NaCI溶液中的阳极极化曲线以及复合镀层在H<,2>S酸雾试验和人工汗试验中的表现,考察了镀层的耐腐蚀性能.结果表明,Au-SiO<,2>和Au-SiC脉冲纳米复合镀层的耐腐蚀性能稍差于脉冲纯Au镀层,但优于直流复合镀层与Au-Ni合金,脉冲复合镀技术的应用使得Au基纳米复合镀层的结晶更加致密,减少了被腐蚀的几率. 采用十字交叉法分析了Au-SiO<,2>和Au-SiC脉冲纳米复合镀层的电接触性能. 与纯Au镀层对比发现,Au基脉冲纳米复合镀层在增强了镀层机械性能的同时,其接触电阻只有小幅的增加,仍然保持了良好的电接触性能. 对纳米微粒在镀液中表面荷电状态以及固体微粒与电极表面的相互作用进行了研究,讨论了固体微粒在镀液中的存在状态与影响因素,以及固体微粒与电极表面相互作用的影响因素,探讨了脉冲复合镀电沉积机理.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1纳米复合镀技术

1.1.1纳米复合镀液的组成与工艺

1.1.2纳米复合镀层的形成机理

1.1.3纳米复合镀层的应用

1.1.4纳米复合镀技术展望

1.2脉冲镀及脉冲纳米复合镀技术

1.2.1脉冲镀技术及发展

1.2.2脉冲纳米复合镀技术及其特点

1.3本论文研究目的与研究内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究内容

第二章实验方法和装置

2.1 Au-SiO2和Au-SiC纳米复合镀液的配制

2.2 Au-SiO2和Au-SiC纳米复合镀层的制备

2.2.1实验装置

2.2.2复合镀层制备流程

2.3电化学测试

2.4 Au-SiO2和Au-SiC纳米复合镀层的结构表征

2.5 Au-SiO2和Au-SiC纳米复合镀层的性能测定

第三章金基脉冲纳米复合镀层的制备及结构表征

3.1实验方法

3.1.1脉冲波形与脉冲参数

3.1.2 Au-SiO2和Au-SiC脉冲纳米复合镀层的制备与结构表征

3.2实验结果与讨论

3.2.1电沉积条件对纳米复合镀层中颗粒含量的影响

3.2.2电沉积工艺条件对纳米复合镀层结构的影响

3.2.3电沉积工艺条件对纳米复合镀层微观形貌的影响

3.3本章小结

第四章金基脉冲纳米复合镀层的性能研究

4.1实验方法

4.2实验结果与讨论

4.2.1电沉积方式对金基纳米复合镀层硬度的影响

4.2.2金基纳米复合镀层的耐磨性能

4.2.3金基纳米复合镀层的耐腐蚀性能

4.3本章小结

第五章金基脉冲纳米复合镀层电接触性能

5.1实验方法

5.2实验结果与讨论

5.2.1接触电流对复合镀层接触电阻的影响

5.2.2接触压力对复合镀层接触电阻的影响

5.2.3微粒复合量对复合镀层接触电阻的影响

5.2.4金基复合镀层在H2S气氛中放置后接触电阻的变化

5.3本章小结

第六章金基脉冲复合镀层电沉积机理研究

6.1实验方法

6.2实验结果与讨论

6.2.1纳米固体微粒表面荷电状态对共沉积过程的影响

6.2.2纳米固体微粒对镀液性能的影响

6.2.3促进剂A对镀液性能的影响

6.2.4脉冲镀技术对复合共沉积过程的影响

6.3本章小结

第七章全文总结

参考文献

攻读硕士期间发表论文与科研情况

致谢