AL2O3复合镀毕业论文.doc

1、 西安科技大学 硕 士 学 位 论 文 铝合金表面 Ni-P- -SiC 化学复合镀层制备及应用 专业名称： 作者姓名： 指导老师： Subject : Preparation and Application of Electroless Ni-P- -SiC composition coating on Aluminum alloy Specialty : Materials physics and chemistry Name :Hao Lili (Signature) Instructor :Wang Xiaogang (Signature) ABSTRACT With the rapi

2、d development of aluminum alloy application, its disadvantag- es o f low hard ness, lo w wear re s is ta nce a nd eas y to oc cur inter crys ta l co rros io n affec t its app licatio n range s. Elec tro le ss co mpos ite plating is o ne o f the ne w type me thod in the surface treatme nt o f a lumin

3、um a llo y, whic h ca n end ued good high wear re s is ta nce to s urface o f a luminum a llo y. So N i-P- -SiC co mpos ite co atings has bee n beca me rescarc h e mp has is ,whic h aro used wide atte ntio n to by do mes it- ic and foreign scientists. In this pape r, Ni-P- -SiC co mpo s ite coa ting

4、s was prepa red o n a luminum allo y s urface b y e lec tro le ssdepos ito n. The N i- P- -SiC co mpo s ite co atings micros tructure was obse rved with the op tica l microscope, sca nning e lectron microscope (SEM).And p has e tra ns formatio n a nd the c he mica l co mpos itio n o f compo s ite co

5、a tings were a na lyzed with X-ray d iffractio n (XRD) a nd e ne rgy dispers ive spe ctroscop y(EDS). The adhe s ive stre ngth o f coating was q ua ntita tiv- ely meas ured b y Type WS-2005 coating ad hes io n scra tc h tes ter. The e ffec ts o f zinc immers io n process variab le o n the ad hes ive

6、 s tre ngth a re stud ied.The hard nes s a nd dry frictio n a nd wear performa nc e o f N i-P- - SiC co mpo s ite coating was s tud ied b y EM- 1500L mic ro vicke rs hard nes s tes ter a nd HT-1000 type high te mpe rature ba ll d isc fric tio n a nd wea r tester. Co nc lus io ns are as follows: Tho

7、ugh the proces s o f N i-P- - S iC che mica l p lating co mpos ite coating o n aluminu m a llo y p isto n we go t the bes t ba th formula a nd proce ss co nd itio ngs. Bes ides, it was co nfirmed that uniform coating depos ited o n co mp la x co npo ne nt surface b y ro lling co mpos it p lating. Th

8、e repo rt s ho wed tha t with the formula and pla ting para mete rs in this ar tica l to ge t the N i-P- -S iC co mpos ite coating had good ad hes io n. - S iC uniformly d istrib uted in the coating whose thick nes s was about 30 m and hardness was 565HV. Thro ugh ortho go na l test, the impact o n

9、coating a nd the s ubs tra te bond ing stre ngth b y vario us para me ters o f leac hing zinc proces s was obta ined. The results show that the most obvious influe nce on bonding strength is Zinc oxide . Fina lly ge t the be st leac hing zinc was A 2 B 2 C 0 D 1 E 3 which is that Zinc oxide :45 g/L,

10、 sod ium hydro xide :270 g/L, fe rric c hlo ride :1.4g/L, sod ium pota ss i- um tartrate :14 g/L, zinc d ipp ing time :20 s, zinc withdra wa l time :10 s, two times o f zinc dipping time :40s and the binding force of Ni-P coating was 23.5N Ni- P/ Ni-P- - SiC wa s prepared b y the optimized prepara t

11、io n proce ss, whose micros tructure, co mpo s itio n a nd phase s tructure was obse rved a nd a na lyzed and the res ults s howed that the coa ting is pho spho rus coating whic h is a morp ho us structure. The bo nd ing s tate is very we ll betwee n the coa tings a nd the s ubs trate. -SiC was adde

12、d to the coating whose hardness was increased, and the larger the partic le s ize is ， the higher the coatings hard ness is.The hard ness is o f w2.5 Ni-P- -SiC is up to 617HV 0 .0 5 . The wearing capa c ity, frictio n coeffic ie nt, wea ring morp ho lo gy o f the co- ating wa s observed a nd a na l

13、yzed. The hard ness a nd wea r res ista nce o f co mpo- s ite coa tings were mod ified b y -S iC add ing to N i-P coating. W1.5 a nd W2.5 Ni-P- - SiC co mpo s ite coating had exce lle nt wearing res ista nce, while the wear- ing resistance of W0.5 Ni-P- -SiC composite coating was poor. Key words : E

14、lectroless plating; Zincate treament process; N i-P- -S iC compo s ite coa ting; Hard nes s; -SiC partica l; Partica l s ize;Wea r resistance. Thesis : Basic Application Research 目 录 I 目 录 1 绪论 . 1 1.1 引言 . 1 1.2 铝及铝合金概述 . 1 1.2.1 铝及铝合金的性质 . 1 1.2.2 铝及铝合金在应用中存在的问题 . 2 1.2.3 铝及铝合金的表面处理方法 . 2 1.3 铝及铝合

15、金化学复合镀 . 3 1.3.1 化学镀镍磷合金的机理 . 3 1.3.2 化学复合镀颗粒共沉积机理 . 4 1.3.3 化学复合镀的研究现状 . 5 1.3.4 铝及铝合金上化学复合镀 . 6 1.4 镀层与基体的结合强度 . 8 1.4.1 镀层结合强度及不同的结合机制 . 8 1.4.2 镀层与铝基体结合力的影响因素 . 9 1.5 镀层与基体结合强度的评价方法 . 10 1.5.1 划痕法 . 10 1.5.2 压入法 .11 1.5.3 弯曲法 .11 1.5.4 其他检测法 . 12 1.6 本课题的研究目的和内容 . 12 1.6.1 本课题研究目 的和意义 . 12 1.6.2

16、 研究内容 . 13 2 化学复合镀实验 . 14 2.1 实验材料和设备 . 14 2.1.1 主要化学试剂及仪器设备 . 14 2.1.2 基体准备 . 15 2.1.3 -SiC 微粉的选取 . 16 2.2 浸锌液以及镀液的配制 . 17 2.2.1 浸锌工艺 . 17 2.2.2 浸锌液的配制 . 18 2.2.3 预镀液配方及工艺参数 . 18 论文题目：铝合金表面 Ni-P- -SiC 化学复合镀层制备及应用 专 业：材料物理与化学 硕 士 生：郝丽丽 (签名 ) 指导教师：王晓刚 (签名 ) 摘 要 随着铝合金应用的快速发展，其硬度低、耐磨性差、易发生晶间腐蚀等缺点限制了 其更

17、广泛的应用。作为一种新型的表面处理方法，化学复合镀赋予铝合金高耐磨、耐腐 蚀性能。因此， Ni-P- -SiC 复合镀层已成为国内外学者广泛关注的又一研究重点。 本文通过化学复合镀工艺在铝合金表面制备 Ni-P- -SiC 复合镀层，并通过光学显微 镜、扫描电镜 (SEM)、能谱仪 (EDS)、 X-ray 衍射仪 (XRD),研究了 Ni-P- -SiC 复合镀层的 微观形貌和组织结构。采用 WS-2005 型涂层附着力划痕实验仪来定量测量镀层的结合 强度，研究了浸锌工艺中各参数对镀层结合强度的影响。采用 EM-1500L 型显微维氏硬 度计、 HT-1000 型球盘式高温摩擦磨损试验机研究

18、测试了 Ni-P- -SiC 复合镀层的硬度和 干摩擦磨损性能，得出结论如下： (1)通过铝合金活塞上化学镀 Ni-P- -SiC 复合镀层得出最佳酸镀液配方和工艺参数。 此外，滚动复合镀被证实可以实现复杂构件表面形成均匀的复合镀层。检测报告表明， 采用本文中的镀液配方和工艺参数所获得 Ni-P- -SiC 复合镀层与基体结合良好， -SiC 均匀分布，镀层厚度约为 30 m，硬度为 565HV。 (2)通过正交试验，研究了浸锌工艺各参数对镀层与基体结合强度的影响规律，结果 表明氧化锌对结合强度的影响最为明显。 最终获得了最佳浸锌工艺为： A 2 B 2 C 0 D 1 E 3 ，即氧 化锌

19、45g/L，氢氧化钠 270g/L，氯 化铁 1.4g/L，酒石酸钾钠 14g/L，一次浸锌时间 20s，退锌时间 10s，二次浸锌时间 40s， 获得的 Ni-P 镀层的结合力为 23.5N。 (3)采用优化后工艺制备的 Ni-P/Ni-P- -SiC 镀层，对其微观形貌、成分及相结构进 行观察和分析，结果表明镀层为非晶态结构，并且为中磷镀层。镀层界面与铝合金基体 界面，结合良好。 -SiC 加入到镀层中提高了镀层的硬度，随着镀层中碳化硅粒径的增 大，复合镀层的硬度增高， w2.5Ni-P- -SiC 镀层硬度高达 617HV 0.05 。 (4)通过对镀层磨损量、摩擦系数、磨损形貌观察分析

20、，可知， -SiC 添加到 Ni-P 镀 层使之硬度和耐磨性提高。其中 w1.5 和 w2.5Ni-P- -SiC 复合镀层耐磨损性能较好，而 w0.5Ni-P- -SiC 复合镀层耐磨性较差。 关键词：化学镀；浸锌工艺； Ni-P- -SiC 复合镀层；显微硬度； -SiC 颗粒；粒度（粒 径）；摩擦磨损性能 研究类型：基础应用研究 目 录 II 2.2.4 酸镀液的配制 . 19 2.3 基本工艺流程 . 19 2.4 测试方法 . 21 2.4.1 镀层微观形貌观察 . 21 2.4.2 镀层物相分析 . 21 2.4.3 镀层厚度及硬度测试 . 21 2.4.4 镀层结合强度测试 .

21、22 2.4.5 镀层耐磨性测试 . 22 2.5 本章小结 . 22 3 浸锌工艺的优化 . 24 3.1 引言 . 24 3.2 铝及铝合金上化学镀 Ni-P- -SiC 复合镀层工艺探索 . 24 3.2.1 铝合金活塞上化学镀 Ni-P- -SiC 复合镀层第一次试验 . 24 3.2.2 在第一次试验上改进试验 . 26 3.2.3 在第二次试验上的改进试验 . 27 3.3 浸锌工艺试验设计方法 . 28 3.3.1 试验设计 . 28 3.3.2 正交实验设计 . 28 3.4 Ni-P 镀层的制备 . 29 3.5 实验设计及结果 . 29 3.5.1 浸锌工艺正交试验 . 2

22、9 3.5.2 工艺参数对镀层结合力的影响 . 32 3.5.3 优化方案验证 . 33 3.6 本章小结 . 34 4 Ni-P/ Ni-P- -SiC 镀层制备及性能研究 . 38 4.1 Ni-P/ Ni-P- -SiC 镀层制备 . 38 4.1.1 化学镀 Ni-P 镀层 . 38 4.1.2 化学复合镀 Ni-P- -SiC 工艺确定 . 38 4.2 Ni-P 镀层组织与性能 . 39 4.2.1 Ni-P 镀层表面形貌及结构 . 39 4.2.2 Ni-P 镀层截面形貌 . 40 4.2.3 Ni-P 镀层的显微硬度 . 41 4.3 Ni-P- -SiC 复合镀层组织与性能

23、. 41 4.3.1 Ni-P 镀层与 Ni-P- -SiC 复合镀层形貌 . 41 目 录 III 4.3.2 Ni-P- -SiC 复合镀层截面形貌 . 42 4.3.3 Ni-P- -SiC 复合镀层的物相分析 . 43 4.3.4 -SiC 微粉的粒度对复合镀层沉积速率的影响 . 44 4.3.5 -SiC 微粉的粒度对复合镀层硬度的影响 . 45 4.4 本章小结 . 47 5 Ni-P- -SiC 复合镀层的摩擦磨损性能研究 . 48 5.1 引言 . 48 5.2 实验方法 . 48 5.3 结果与讨论 . 48 5.3.1 不同粒度的 -SiC 微粉对复合镀层磨损量的影响 . 49 5.3.2 不同粒度的 -SiC 微粉对复合镀层摩擦系数的影响 . 51 5.3.3 复合镀层磨损形貌分析 . 52 5.5 本章小结 . . 54 6.结论与展望 . 55 6.1 结论 .