铝合金表面化学镀Ni-P/Ni-W-P双镀层的制备与性能研究

论文摘要

随着铝合金的广泛应用，其硬度低、耐蚀性差等缺点更加突出，在使用前对铝合金零件进行表面处理十分必要。作为一种新兴的表面处理工艺，化学镀能赋予表面良好的性能，而Ni-P/Ni-W-P双镀层因具有高的硬度及较强的耐腐蚀性已受到人们重视。本文通过改变沉积条件制备两种类型的双镀层膜，并通过SEM、XRD及EPMA表征Ni-P、Ni-W-P、Ni-P/Ni-W-P镀层形貌、结构及成分含量；利用显微硬度仪表征镀层力学性能，利用贴滤纸法表征孔隙率和极化曲线探讨镀层电化学性能。本论文分三部分：1)Ni-P及Ni-W-P镀层优化工艺的获得及镀层性能的研究；2)Ni-P/Ni-W-P双镀层的制备及性能的研究；3)热处理对Ni-P/Ni-W-P双镀层性能的影响。为了得到高硬度且耐蚀性好的Ni-P/Ni-W-P双镀层，采用正交试验（L16（45）正交表）。首先在铝合金表面制备出不同含量和成分的Ni-P二元和Ni-W-P三元合金镀层，分别以磷含量和硬度为指标，通过极差分析研究沉积条件（镀液中组分浓度和工艺条件）对镀层性能的影响，并得到了优化的工艺参数；根据中磷（MP）和高磷（HP）的两种不同磷含量的Ni-P优化工艺和高硬度（HHV）的Ni-W-P优化工艺，成功制备了镀层致密、成分均匀的单镀层；接着制备了MP/HHV和HP/HHV两种类型的Ni-P/Ni-W-P双镀层；并在无保护气氛的环境下对镀层进行350℃、400℃、450℃、500℃、550℃的1小时加热处理，空冷至室温。通过对比镀态和加热后的结构、形貌、成分、硬度、耐蚀性等性能，得出热处理工艺对双镀层膜性能的影响规律。所得到的镀层均与基体结合紧密，双镀层Ni-P/Ni-W-P的表层Ni-W-P形貌较单层Ni-W-P镀层有所变化，但是没有改变结构：中磷Ni-P（MP）和高硬度Ni-W-P（HHV）镀层为混晶态，高磷Ni-P（HP）镀层为非晶态。镀态和热处理后镀层的硬度均高于铝基体，Ni-W-P镀层显微硬度值最高；MP/HHV镀层的硬度高于HP/HHV镀层，且热处理后的变化趋势与单镀层相似。双镀层的孔隙率比单层MP和HHV的低，比HP镀层的略高。经过热处理后，MP/HHV和HP/HHV镀层孔隙率随热处理温度升高而先增加后减少，耐腐蚀性先降低后提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 化学镀
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 化学镀的特点
• 1.3 化学镀 Ni-P 及 Ni-W-P 合金
• 1.3.1 Ni-P 合金沉积机理
• 1.3.2 Ni-W-P 合金沉积机理
• 1.3.3 多层化学镀
• 1.4 研究进展及发展趋势
• 1.4.1 研究进展
• 1.4.2 发展趋势
• 1.5 存在问题
• 1.6 本课题研究的目的、思路及内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究思路
• 1.6.3 研究内容
• 第二章 试验工艺与检测方法
• 2.1 试验材料及装置
• 2.1.1 材料及实验装置
• 2.1.2 试验设计原则
• 2.1.3 镀液的成分及选择
• 2.1.4 工艺参数的选择
• 2.2 工艺流程及试验步骤
• 2.2.1 配制镀液
• 2.2.2 制备试样
• 2.2.3 前处理
• 2.2.4 化学镀过程
• 2.2.5 热处理
• 2.3 镀层性能及检测方法
• 2.3.1 显微硬度
• 2.3.2 结合强度
• 2.3.3 镀层结构
• 2.3.4 镀层表面（断面）形貌、厚度及成分
• 2.3.5 孔隙率
• 2.3.6 耐蚀性
• 2.4 本章小结
• 第三章 Ni-P 及 Ni-W-P 镀层的制备及性能研究
• 3.1 Ni-P 制备工艺
• 3.1.1 正交表设计
• 3.1.2 极差分析
• 3.1.3 参数优化
• 3.2 Ni-W-P 制备工艺
• 3.2.1 正交表设计
• 3.2.2 极差分析
• 3.2.3 参数优化
• 3.3 优化工艺得到的镀层性能
• 3.3.1 表面形貌及结构
• 3.3.2 镀层的厚度
• 3.3.3 镀层的显微硬度及结合强度
• 3.3.4 镀层的孔隙率
• 3.3.5 镀层的耐蚀性
• 3.4 本章小结
• 第四章 Ni-P/Ni-W-P 双镀层的制备及性能研究
• 4.1 Ni-P/Ni-W-P 双镀层的试验设计
• 4.2 性能研究
• 4.2.1 镀层的表面（断面）形貌
• 4.2.2 镀层的结构
• 4.2.3 镀层的显微硬度及结合强度
• 4.2.4 镀层的孔隙率
• 4.2.5 镀层的耐腐蚀性
• 4.3 本章小结
• 第五章 热处理对 Ni-P/Ni-W-P 双镀层的影响
• 5.1 热处理对结构的影响
• 5.2 热处理对镀层表面形貌的影响
• 5.3 热处理对界面成分扩散的影响
• 5.4 热处理对显微硬度及结合强度的影响
• 5.5 热处理对孔隙率的影响
• 5.6 热处理对耐蚀性的影响
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件