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电沉积Ni-W合金镀层的制备、结构及其性能研究

作　者: 张雪辉
导　师: 陈一胜
学　校: 江西理工大学
专　业: 材料学
关键词: 电沉积 Ni-W合金正交实验设计热处理稀土
分类号: TQ153.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Ni-W合金以其独具特色的摩擦、自润滑、光学、磁学、电学、高硬度、优良的耐磨性、耐腐蚀性和低应力等方面的性能,备受人们的青睐。Ni-W合金作为镀层时结构致密、耐高温氧化性强,有时甚至可与石墨、陶瓷相媲美。本文利用赣南地区得天独厚的钨资源和稀土资源优势,通过电沉积的方法研究和制备出一性能优异的可以用来取代硬铬镀层的Ni-W合金,同时减少对环境的污染。得出的主要结论如下:通过正交实验设计的方法对电沉积Ni-W合金的制备工艺进行了优化,利用磁性厚度仪、显微硬度计和能谱仪等方法对合金镀层的厚度、硬度和W含量进行了测定,采用极差分析方法对正交实验结果进行极差分析,得出了各因素对合金镀层性能影响的大小顺序。结果表明:电流密度、Na₂SO₄浓度、NH₄Cl浓度和NaI浓度等工艺参数对电沉积制备Ni-W合金镀层的过程和合金镀层的性能都有重要的影响,其中由于NaI极化作用大,电负性小,对电沉积过程影响最大,对合金镀层性能影响也最大。当Dk为14 A/dm²、Na₂SO₄浓度为40 g/L、NH₄Cl浓度为25 g/L和NaI浓度为4g/L时,电沉积得到的Ni-W合金镀层综合性能最优,其厚度高达46.35μm,显微硬度可以达到619.61 HV,W含量高达37.42 %。将Ni-W合金镀层在不同热处理工艺下进行热处理,通过显微硬度计、XRD、电化学工作站和光学显微镜等研究不同热处理工艺后镀层组织结构和性能的变化。结果表明:经过500℃+2 h热处理后的镀层综合性能最好,其显微硬度提高最大,由处理前的619.61 HV升高到处理后的1010.44 HV,并且在3.5 %NaCl溶液中耐腐蚀性能好。本文全面系统研究了稀土氧化物Er₂O₃、Nd₂O₃、Eu₂O₃和Dy₂O₃的添加对合金镀层结构和性能的影响,研究了合金镀层的W含量、显微硬度、厚度、耐蚀性及表面形貌等随着稀土氧化物RE₂O₃添加量的变化而改变的规律趋势,并分析了其作用的机理。结果表明:稀土氧化物的加入可以使合金镀层的腐蚀电位正移,显著提高镀层的显微硬度和耐蚀性能,其中以稀土氧化物Er₂O₃对合金镀层的结构和性能改善效果最佳。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章文献综述  10-26
  1.1 表面工程技术概论  10-14
    1.1.1 表面工程的主要功能  10-11
    1.1.2 表面工程技术的分类  11-13
    1.1.3 表面工程技术的发展  13-14
    1.1.4 发展表面工程技术的意义  14
  1.2 电镀技术基础  14-18
    1.2.1 电镀基本知识  14
    1.2.2 电镀电沉积过程  14-18
  1.3 合金电镀  18-21
    1.3.1 合金共沉积的条件  18-19
    1.3.2 实现合金共沉积的措施  19-20
    1.3.3 合金共沉积的特点  20
    1.3.4 合金电沉积的类型  20-21
  1.4 电沉积Ni-W 合金的产生及重要意义  21-23
    1.4.1 电沉积Ni-W 合金电沉积机理和合金镀层结构的研究  21-22
    1.4.2 电沉积Ni-W 合金镀层的性能研究  22-23
  1.5 稀土在电沉积Ni-W 合金中的作用  23-25
    1.5.1 稀土元素可改善镀液的性能  23-24
    1.5.2 稀土元素可提高镀层的性能  24-25
  1.6 本课题的研究内容和思路  25-26
第二章实验方法与过程  26-34
  2.1 合金镀层制备  26-28
    2.1.1 基体前处理过程  26-28
    2.1.2 电沉积过程  28
    2.1.3 镀后处理  28
  2.2 镀层性能测试及表征方法  28-34
    2.2.1 镀层表面光亮度的测定  28
    2.2.2 电沉积速率的测定  28-29
    2.2.3 镀层厚度的测定  29
    2.2.4 镀层显微硬度的测量  29-31
    2.2.5 镀层耐腐蚀性能的测试  31-32
    2.2.6 镀层组织结构及成分的测定  32-34
第三章电沉积Ni-W 合金工艺研究  34-47
  3.1 前言  34
  3.2 实验过程  34
    3.2.1 实验材料  34
    3.2.2 工艺流程  34
  3.3 正交实验设计  34-36
  3.4 镀层性能表征  36-37
  3.5 实验结果与分析  37-46
    3.5.1 各因素对镀层厚度的影响  37-38
    3.5.2 各因素对合金镀层显微硬度的影响  38-40
    3.5.3 各因素对合金镀层W 含量的影响  40-41
    3.5.4 合金镀层表面形貌观察  41-42
    3.5.5 x 射线衍射（XRD）分析  42-43
    3.5.6 合金镀层表面能谱（EDS）分析  43-45
    3.5.7 综合分析  45-46
  3.6 本章小结  46-47
第四章热处理对电沉积Ni-W 合金镀层结构与性能的影响  47-54
  4.1 前言  47
  4.2 试验材料及试验方法  47-48
    4.2.1 镀液配方及工艺条件  47
    4.2.2 镀层结构与性能测定  47-48
  4.3 实验结果与讨论  48-53
    4.3.1 镀层的显微硬度测试  48-49
    4.3.2 镀层结构分析  49-50
    4.3.3 镀层组织观察  50-51
    4.3.4 镀层腐蚀性能测试  51-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章稀土氧化物对电沉积Ni-W 合金镀层结构和性能的影响  54-71
  5.1 前言  54
  5.2 试验方法及内容  54-55
    5.2.1 配制镀液  54
    5.2.2 合金镀层结构与性能测定  54-55
  5.3 试验结果分析与讨论  55-70
    5.3.1 稀土氧化物Er_20_3 对Ni-W 合金镀层结构和性能的影响  55-59
    5.3.2 稀土氧化物Nd_20_3 对Ni-W 合金镀层结构和性能的影响  59-62
    5.3.3 稀土氧化物Eu_20_3 对Ni-W 合金镀层结构和性能的影响  62-65
    5.3.4 稀土氧化物Dy_20_3 对Ni-W 合金镀层结构和性能的影响  65-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章结论  71-73
  6.1 全文总结  71-72
  6.2 本论文创新之处  72-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
个人简历及在校期间发表的学术论文  77

电沉积Ni-W合金镀层的制备、结构及其性能研究

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