喷射电沉积—激光重熔复合技术制备纳米晶镍沉积层工艺试验研究

论文摘要

纳米晶沉积层与纳米材料一样,具有与传统材料不同的物理化学性能,而受到研究人员的关注。本文在探讨了纳米晶沉积层的制备技术,复合沉积层的应用与发展,电沉积原理及其相关研究现状后,提出了在喷射电沉积(简称喷镀)的基础上,结合脉冲电沉积的优势,制备纳米晶镍沉积层及其复合沉积层的方法,并引入激光重熔工艺,细化沉积层晶粒,提高沉积层的致密性,所完成的主要工作有:(1)自行设计、组装一套喷镀试验系统,使用传统瓦特镀液在脉冲电源的作用下在不锈钢和45钢基材表面上喷镀纳米晶镍沉积层,再激光扫描喷沉积层以获得激光重熔纳米晶镍沉积层。(2)本文研究了脉冲参数(占空比、频率、平均电流密度)对沉积层表面显微硬度的影响,并通过正交试验对工艺参数进行优化。结果表明,最佳脉冲工艺参数为:脉冲频率1000HZ、占空比20%、平均电流密度为39.8 A/dm~2,此时沉积层表面显微硬度最高(530.6HV)。(3)采用现代分析手段(SEM、XRD),对制备的喷镀纳米晶镍沉积层表面的外观形貌特征和微观组织结构进行观察。分析表明:在本试验条件下,电流密度为39.8A/dm2时,电沉积速率较快,而且复合沉积层表面质量较好。与直流相比,采用脉冲电流沉积能明显细化沉积层晶粒,并能在较高的峰值电流密度下获得纳米晶沉积层。对纳米晶镍沉积层激光重熔后,发现沉积层熔融区内的晶粒尺寸明显减小。通过XRD观察发现沉积层表现出明显的沿晶面(111)择优取向。(4)利用测试设备对沉积层的性能进行测试分析,激光重熔后试件在显微硬度、抗拉伸性能和耐腐蚀性能与喷镀纳米晶镍沉积层相比均有所提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 纳米晶沉积层制备技术
• 1.3 纳米复合沉积层的应用与发展
• 1.4 脉冲电沉积技术
• 1.5 喷射电沉积理论及研究现状
• 1.5.1 喷射电沉积的历史与现状
• 1.5.2 喷射电沉积的原理及特点
• 1.6 激光重熔技术的原理与发展现状
• 1.6.1 激光重熔技术的原理及特点
• 1.6.2 激光重熔技术的历史与发展现状
• 1.7 本文研究的主要目的与内容
• 第二章 喷镀与激光重熔试验系统装置及工艺
• 2.1 喷射电沉积理论及其装置设计
• 2.1.1 电沉积机理及特点
• 2.1.2 喷嘴设计理论及特点
• 2.1.3 喷射电沉积试验设备与装置
• 2.2 电极材料及喷嘴结构
• 2.2.1 电极材料
• 2.2.2 阳极结构及喷嘴形状
• 2.3 电沉积溶液配制
• 2.4 激光重熔强化沉积层试验设备
• 2.4.1 试验设备的机床概况
• 2.4.2 试验设备的数控系统
• 2.4.3 激光处理的预备工序及操作规范
• 2.5 正交试验设计
• 2.5.1 正交试验设计原理
• 2.5.2 正交试验设计因素和水平的确定
• 2.5.3 制定正交试验表
• 2.6 脉冲电沉积纳米晶镍沉积层的表征
• 2.6.1 沉积层表面外观形貌特征观察
• 2.6.2 沉积层表面微观组织结构观察
• 2.7 脉冲电沉积纳米晶镍沉积层性能测试
• 2.7.1 沉积层表面显微硬度的测定
• 2.7.2 沉积层试件的抗拉伸性能测试
• 2.7.3 沉积层的耐腐蚀性能测试
• 2.8 本章小结
• 第三章 喷镀-激光重熔纳米晶镍沉积层工艺试验研究
• 3.1 喷射电沉积制备纳米晶镍沉积层工艺试验
• 3.1.1 喷镀试验目的及条件
• 3.1.2 喷镀试验过程
• 3.1.3 正交试验结果分析与讨论
• 3.1.4 脉冲平均电流密度对沉积层表面形貌的影响
• 3.1.5 脉冲占空比对沉积层表面形貌的影响
• 3.1.6 脉冲频率对沉积层表面形貌的影响
• 3.1.7 直流与脉冲电流密度对沉积层表面形貌的影响比较
• 3.1.8 纳米陶瓷颗粒对沉积层表面形貌的影响
• 3.1.9 脉冲参数对纳米晶体镍微观组织结构的影响
• 3.2 激光重熔强化纳米晶镍沉积层工艺试验
• 3.2.1 激光重熔试验目的及条件
• 3.2.2 激光重熔试验过程
• 3.2.3 激光熔覆对沉积层表面形貌的影响
• 3.2.4 激光重熔对沉积层表面显微硬度的影响与分析
• 3.2.5 激光强化对试件抗拉伸性能的影响
• 3.2.6 激光重熔对沉积层耐腐蚀性能的影响与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 研究总结
• 4.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间的研究成果及发表的学术论文