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SrSO_4和Ni-SrSO_4涂层的电沉积工艺及性能研究
作 者: 梁雪松
导 师: 欧阳家虎
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 材料学
关键词: SrSO4涂层 电沉积 晶体生长 Ni-SrSO4复合涂层 摩擦磨损
分类号: TG174.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
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内容摘要
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-SrSO 4复合镀层,研究了SrSO 4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-SrSO 4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-SrSO 4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SrSO 4颗粒自身优异的的摩擦性能。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-8 第1章 绪论 8-20 1.1 课题背景 8 1.2 硫酸盐的结构及其摩擦学性能 8-12 1.2.1 硫酸盐的物理化学性质与结构 9-10 1.2.2 硫酸盐的摩擦学性能 10-12 1.3 涂层的电化学制备方法 12-18 1.3.1 复合电镀 12 1.3.2 复合电镀的机理研究 12-14 1.3.3 复合电镀工艺参数的研究 14-15 1.3.4 在EDTA水溶液体系中的电沉积 15-18 1.4 本论文研究目的、意义及内容 18-20 1.4.1 研究目的及意义 18-19 1.4.2 主要研究内容 19-20 第2章 试验材料及研究方法 20-26 2.1 试验材料 20-22 2.1.1 试验基板的选择 20 2.1.2 基板的处理工艺 20-21 2.1.3 试验用SrSO_4粉体 21-22 2.2 电沉积溶液的配制 22-23 2.2.1 EDTA络合SrSO_4溶液的组成及配制 22-23 2.2.2 电镀液的组成及配制 23 2.3 正交试验 23-24 2.3.1 正交试验原理 23-24 2.3.2 正交试验设计和水平的测定 24 2.4 分析测试方法 24-26 2.4.1 涂层的XRD物相分析 24-25 2.4.2 组织结构的SEM分析 25 2.4.3 涂层的摩擦性能测试 25 2.4.4 硬度测试 25-26 第3章 EDTA络合SrSO_4溶液中的电沉积 26-41 3.1 酸沉积试验 26-28 3.2 不锈钢基板上的电沉积 28-37 3.2.1 电沉积原理分析 28-30 3.2.2 电沉积工艺条件对涂层组织形貌的影响 30-34 3.2.3 XRD物相分析 34-37 3.3 高温合金基板上的电沉积 37-39 3.3.1 电沉积原理分析 37 3.3.2 电沉积工艺条件对涂层组织形貌的影响 37-39 3.3.3 XRD物相分析 39 3.4 本章小结 39-41 第4章 复合电镀Ni-SrSO_4涂层的工艺及性能研究 41-56 4.1 高温合金镀前预处理 41-44 4.1.1 预处理方法 41-43 4.1.2 镀层的结果分析 43-44 4.2 工艺条件对复合镀层的影响 44-49 4.2.1 正交试验结果分析 44-48 4.2.2 搅拌方式对共析量的影响 48-49 4.3 镀层的表面形貌及截面分析 49-52 4.4 Ni-SrSO_4复合镀层的硬度 52-53 4.5 Ni-SrSO_4复合镀层的摩擦性能 53-55 4.6 本章小结 55-56 结论 56-57 参考文献 57-62 致谢 62
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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属腐蚀与保护、金属表面处理 > 腐蚀的控制与防护 > 金属表面防护技术
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