电沉积镍基SiC/SiN纳米复合镀层及组织结构与性能研究

摘要

纳米复合电沉积是一种新兴的复合表面技术，通过将纳米粒子引入金属镀液中形成的纳米复合镀层，显示出优越的机械性能、电催化性能、耐腐蚀性能等，正逐渐成为研究的热点。 本文采用正交实验、对比实验优化电沉积镍基SiC/Si3N4纳米复合镀层的工艺配方，探索纳米微粒的添加量和粒径、分散剂、分散方法、pH值、电流密度、施镀条件等多种因素对施镀工艺和镀层外观的影响。并在此基础上，阐述了纳米颗粒与金属共沉积的机理。同时利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对镀层的形貌、组织结构和成分进行分析；并通过测定镀层的显微硬度、腐蚀失重、测定极化曲线和摩擦试验等方法研究了镍基SiC/Si3N4纳米复合镀层的性能。 研究表明：pH值对于镀层表面影响最为明显，Ni-Co-P-SiC/Si3N4复合镀层在酸性镀液中镀层质量较好，pH值在2-3范围内，在这范围之外镀层表面质量很差；Ni-W-SiC/Si3N4复合镀层在偏碱性性镀液中镀层质量较好，pH值在7-8范围内，在这范围之外镀层表面质量很差；其次对镀层影响较大的为温度，通过对沉积后的试样观察，在较高温度下，镀层表面光洁度、平整度、镀层结合力都相对较好；电流密度主要影响沉积效率，对镀层其它性能影响较小；分散剂、粒径大小及添加量等因素对镀层也有一定的影响，但影响相对较小。 电沉积Ni-W-SiC/Si3N4、 Ni-Co-P-SiC/Si3N4合金纳米晶镀层的显微硬度都较高，一般都在700HV以上。腐蚀试验表明：添加SiC/Si3N4镍基复合镀层具有更好的耐蚀性，复合镀层在腐蚀介质中表面迅速生成一层彩色的钝化膜，使腐蚀速度减慢。在1mol/L的NaCl和0.5mol/L的H2SO4溶液中Ni-W-SiC/Si3N4复合镀层耐腐蚀性能明显优于Ni-Co-P-SiC/Si3N4复合镀层。摩擦试验表明：Ni-Co-P-SiC/Si3N4复合镀层耐磨擦性能优于Ni-W-SiC/Si3N4复合镀层；通过观察摩擦痕迹的SEM图发现添加微米颗粒的复合镀层其摩擦试验后的痕迹比添加微米级颗粒的复合镀层均匀，但添加微米级粒子的复合镀层其耐摩擦性能却优于添加纳米粒子的复合镀层。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪论

1.1前言

1.2复合镀层

1.2.1 复合镀层的概念

1.2.2 复合镀层的特点

1.2.3 复合镀层的种类

1.3纳米复合镀

1.3.1 纳米复合镀的概念

1.3.2 纳米复合镀层的结构与性能特点

1.3.3 电沉积纳米复合镀层的沉积机理

1.3.4 纳米复合电镀的工艺条件

1.4电沉积镍基纳米复合镀层的研究现状

1.4.1 电沉积Ni基复合镀层

1.4.2 电沉积Ni-W复合电镀

1.4.3 电沉积Ni-P、Ni—Co、Co-P合金及其复合镀层

1.5本课题研究的主要内容及意义

第二章实验方法和条件

2.1试样镀前处理

2.2 工艺配方优化及镀液配制

2.2.1 工艺配方优化

2.2.2 镀液配制

2.3实验方法

2.3.1 镀层结合强度的测定

2.3.2 镀层组织结构的表面形貌观察

2.3.3 镀层显微硬度的测定

2.3.4 镀层的耐蚀性

2.3.5 镀层耐摩擦性能

2.3.6 纳米颗粒的分散

2.4主要的实验仪器和设备

第三章 电沉积镍基SiC/Si3N4纳米复合镀层工艺

3.1 电沉积Ni—W-Si3N4/SiC纳米复合镀层

3.1.1 电沉积Ni-W镀层工艺配方优化

3.1.2工艺条件对电沉积Ni-W镀层沉积速率的影响

3.1.3 施镀工艺对Ni-W-Si3N4复合镀的影响

3.1.4 镀层评价

3.2电沉积Ni-Co-P-Si3N4/SiC纳米复合镀层

3.2.1 电沉积Ni-Co复合镀层工艺优化

3.2.2 电沉积Ni-Co-P-SiC复合镀层工艺优化

3.2.3 工艺条件对Ni-Co-P-SiC纳米复合镀层速率的影响

3.3本章小结

第四章电沉积镍基SiC/Si3N4纳米复合镀层结构及表面形貌

4.1 电沉积镍基纳米复合镀层的表面形貌

4.1.1 电沉积Ni-W-Si3N4纳米复合镀层的表面形貌

4.1.2 Ni-Co-P-Si3N4纳米复合镀层的表面形貌

4.1.3 电沉积Ni—Co-P-SiC内米复合镀层表面形貌

4.2电沉积镍基纳米复合镀层的显微结构

4.2.1 XRD分析

4.2.2 EDS分析

4.3本章小结

第五章 电沉积镍基SiC/Si3N4纳米复合镀层的性能

5.1 电沉积镍基纳米复合镀层的显微硬度

5.1.1 Ni-W-Si3N4纳米复合镀层的显微硬度

5.1.2 Ni—Co—P-Si3N4纳米复合镀层的显微硬度

5.1.3 Ni-Co-P-SiC纳米复合镀层的显微硬度

5.2电沉积镍基纳米复合镀层的耐腐蚀性能研究

5.2.1 腐蚀失重

5.2.2 极化曲线

5.3 电沉积镍基纳米复合镀层的耐磨擦性能研究

5.3.1 镍基纳米复合镀层的摩擦形貌

5.3.2 镍基纳米复合镀层耐磨性能比较

5.4结论

第六章 全文总结

6.1 结论

6.2创新之处

6.3进一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文