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脉冲电沉积纳米晶镍及其在金刚石工具制造中的应用研究

作　者: 张玉碧
导　师: 李照美；李云东
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业机械化工程
关键词: 脉冲电沉积纳米晶镍金刚石工具脉冲参数
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

课题主要研究了脉冲电沉积法制备纳米晶体镍,并对其在金刚石工具制造方面的应用进行了研究。通过对脉冲电沉积机理及动力学分析,为实验提供了理论基础,通过SEM,XRD分析和相应的力学性能的测定,研究了脉冲参数与其结构性能的关系,证明了沉积层为纳米材料,并以此为基础确定了制造金刚石工具的最佳工艺参数。主要内容和试验结果包括: 1.通过对脉冲电沉积机理和动力学分析,从理论上论述了电沉积的工艺可行性和主要影响因素。 2.通过对脉冲电沉积纳米晶镍沉积层的SEM、XRD分析,从微观角度研究了沉积层的表面形貌、织构和晶粒大小。分析表明,微观形貌为胞状结构,呈(111)晶面择优取向,在脉冲参数为T2-30-100和T2-45-100条件下,平均晶粒尺寸分别为10.3nm和7.6nm,随着占空比的减小,晶粒得以细化。 3.通过对沉积层的显微硬度和拉伸强度的测定和热处理试验表明:最大显微硬度达到591HV,最大拉伸强度大900MPa,分别为常规镍镀层的4和2.5倍;脉冲参数对显微硬度和拉伸强度的影响符合相似的规律,但也有所不同;热处理试验表明各参数条件下的沉积层显微硬度的变化符合相同的规律,说明脉冲参数对沉积层的热稳定性影响不大。 4.通过正交试验方法确定出制造金刚石工具的最佳工艺参数。 5.利用上述工艺方法及参数成功地制造出合格的金刚石工具。

全文目录

致谢  2-4
摘要  4-8
1 综述  8-20
  1．1 电沉积技术的发展与现状  8
  1．2 脉冲电沉积的发展现状与机理  8-13
    1．2．1 脉冲电沉积的发展现状  8-9
    1．2．2 脉冲电沉积机理及动力学分析  9-13
      1．2．2．1 脉冲电沉积机理  9-10
      1．2．2．2 脉冲电沉积动力学分析  10-13
  1．3 纳米材料  13-19
    1．3．1 纳米材料的结构及特性  13-14
    1．3．2 纳米材料的制备方法  14-19
      1．3．2．1 电沉积制备纳米材料发展现状  16-19
  1．4 电沉积法制造金刚石工具  19
  1．5 选题的目的和意义  19-20
2 实验内容和方法  20-35
  2．1 沉积层的制备方法及过程  20-23
    2．1．1 实验设备及器材  20-22
      2．1．1．1 脉冲电源  21
      2．1．1．2 温度控制部分  21
      2．1．1．3 镀槽及挂具  21
      2．1．1．4 电极材料  21
      2．1．1．5 电镀液及镀前处理溶液  21-22
      2．1．1．6 沉积用金刚石  22
    2．1．2 实验过程  22-23
      2．1．2．1 镀件预加工  22
      2．1．2．2 电化学除油  22
      2．1．2．3 电化学活化  22
      2．1．2．4 弱酸浸蚀  22-23
      2．1．2．5 脉冲电沉积  23
  2．2 沉积层的性能检测  23-30
    2．2．1 沉积层的表面形貌及组织结构分析  23-26
      2．2．1．1 沉积层的表面形貌  23-24
      2．2．1．2 脉冲沉积层的组织结构分析及晶粒大小的计算  24-26
    2．2．2 沉积层的显微硬度  26-27
    2．2．3 沉积层的抗拉强度  27-29
    2．2．4 沉积层的热稳定性  29-30
  2．3 金刚石工具的制造  30-35
    2．3．1 工艺参数的选择  30-32
      2．3．1．1 电沉积金刚石工具工艺参数的选择原则  30-31
      2．3．1．2 金刚石工具工艺参数的选择  31-32
    2．3．2 金刚石工具的制造工艺  32-35
      2．3．2．1 金刚石工具的基体加工  32
      2．3．2．2 工件镀前处理  32-33
      2．3．2．3 电沉积制备过程  33-35
    2．3．3 金刚石工具的宏观形貌分析  35
    2．3．4 金刚石工具的性能测试  35
3 实验结果与讨论  35-40
  3．1 脉冲参数对沉积层表面形貌的影响  35-36
  3．2 脉冲参数对沉积层机械性能的影响  36-38
    3．2．1 脉冲参数与显微硬度的关系  36-37
    3．2．2 脉冲参数与拉伸强度的关系  37-38
    3．2．3 脉冲沉积层的热稳定性分析  38
  3．3 脉冲电沉积制造金刚石工具  38-40
    3．3．1 脉冲电沉积制造金刚石工具的工艺参数选择  38-39
    3．3．2 金刚石工具制造  39
    3．3．3 金刚石工具的微观结构分析  39-40
4 问题的讨论  40-42
  4．1 脉冲电沉积的沉积机理和动力学分析  40-41
    4．1．1 脉冲电沉积的沉积机理  40-41
    4．1．2 脉冲电沉积的沉积动力学分析  41
  4．2 脉冲电沉积制造金刚石工具  41-42
    4．2．1 脉冲电沉积制造金刚石工具的工艺参数的合理性  41-42
    4．2．2 金刚石工具的工作层对原纯镍沉积层的性能的转化和继承问题  42
    4．2．3 脉冲电沉积制造金刚石工具  42
5 结论及建议  42-44
参考文献  44-46
附录  46-53
英文摘要  53

脉冲电沉积纳米晶镍及其在金刚石工具制造中的应用研究

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