电沉积NI-P-BN(h)复合镀层制备工艺及其性能研究

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Ni-P合金镀层已被作为保护镀层广泛应用于化工、机械、电子、航空航天和国防工业等诸多领域。由基质金属和第二相颗粒构成的金属基复合镀层具有基质金属和复合微粒的双重特点。BN(h)是一种具有和石墨类似层状六方结构的氮化硼微粒,层与层之间是靠范德华力连接,易产生滑动,具有良好的自润滑作用。本课题主要研究电沉积Ni-P-BN(h)复合镀层的制备工艺及其性能,其目的是在45钢零件表面上镀覆上一层摩擦系数低、耐腐蚀性能好的镀层,可以延长零件的工作寿命,也可用电沉积方法修复金属零件的超差尺寸,使某些超差尺寸零件重新利用。  首先,以Ni-P合金镀层为研究对象,在前人的研究基础上,研究了电沉积时间和电流密度对镀层外观形貌、相结构、表面粗糙度和显微硬度的影响规律,得到制备镀层较好的加工工艺参数为:电流密度为7.0 A/dm2,电沉积时间为3h,镀液温度为60℃。然后通过对表面活性剂亲疏平衡值(HLB)的计算、BN㈣微粒表面Zeta电位值的测量、自然沉降法和实际电沉积实验对十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙烯醇(PVA-1750)、三乙醇胺(TEA)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、聚乙二醇(PEG-6000)六种表面活性剂进行综合评价,认为CTAB的效果最佳。结合CAE方法分析电沉积过程中电流密度和电场的分布情况,结果表明电场近似于匀强电场时,电流密度分布较均匀,在电沉积较长时间时镀层厚度更均匀,实际实验结果与仿真结果一致。  其次,研究了不同BN(h)微粒浓度对复合镀层的表面形貌、显微硬度和摩擦性能的影响规律,结果表明,随着微粒浓度的增加,Ni-P-BN(h)复合镀层的显微硬度值呈现出逐渐下降的趋势,从555.18HV逐渐下降到509.96HV,复合镀层的摩擦系数逐渐呈下降趋势,由0.406下降到0.219;对比了Ni-P合金镀层和Ni-P-BN(h)复合镀层在热处理过程中物相和显微硬度的变化,发现经过热处理后,两种镀层的显微硬度均得到提高,但Ni-P-BN(h)复合镀层比Ni-P合金镀层的相变峰值温度更高,Ni-P-BN(h)复合镀层从非晶态转化为晶态的过程比Ni-P合金镀层更慢。  再次,研究了Ni-P-BN(h)复合镀层在稀盐酸、稀NaOH溶液、高浓度NaCl溶液中的腐蚀特性,Ni-P-BN(h)复合镀层在1.0%的盐酸中浸泡实验表明,自腐蚀电流密度呈现出增大的趋势,但增加的速度有所减慢;Ni-P-BN(h)复合镀层在1.0%的NaOH溶液中的浸泡实验表明,复合镀层的自腐蚀电流密度很小,相对于相同浓度的盐酸溶液,其数量级小了2~3个,随着浸泡时间的增加,其自腐蚀电流密度整体上呈现出减小的趋势;Ni-P-BN(h)复合镀层在10.0%的NaCl溶液中的浸泡实验表明,镀层的自腐蚀电流密度随着浸泡时间的增加,整体上也呈现出减小的趋势。与45钢相比,Ni-P-BN(h)复合镀层在盐酸、NaOH溶液和NaCl溶液中的耐腐蚀性好。  最后,用电沉积Ni-P-BN(h)复合镀层的方法对超差的平面尺寸、外圆尺寸和内孔尺寸进行了修复的应用,对已锈蚀的内六角扳手和螺栓用电沉积的方法进行防护处理。试验结果表明,电沉积在金属零件超差尺寸的修复和锈蚀零件再制造方面有一定的可行性。
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