锌铝合金表面化学镀镍层施镀工艺及其热处理研究

论文摘要

锌铝合金具有优良的物理性能、机械加工性能,广泛应用于工业的各个领域。最常见的处理办法就是在锌铝合金表面进行化学镀镍,这是一种很重要的材料表面改性工艺,镀镍层能有效地改良锌铝合金材料表面性能。在锌铝合金表面进行化学镀镍,对改良这种材料表面的耐腐蚀耐摩擦性能有重要意义,并且能大大提高锌铝合金的表面硬度,同时,也充分发挥了锌铝合金成本低、成形性能优良的特点。传统的锌铝合金表面化学镀镍工艺都存在着资源浪费、污染环境等不足之处。本实验室研究人员研究出了一种镀层质量较好、能耗低、环境污染小的化学镀镍工艺,但是在镀镍的工艺流程中,有些工艺手段、实验参数还不够成熟,有待于进一步的探索。本课题是在本实验已有的锌铝合金表面化学镀镍的成果上,对其中重要的生产工艺和实验参数进行了更为深入的研究,并且找到了其他两种含磷量镀镍层的生产方法。通过实验对比,分析了碱性预镀层的作用。确定了预镀层对于保证整个镀层的性能有着重要的影响。本文中通过实验对比不同搅拌工艺下的镀层质量来评价各种搅拌工艺的优劣性。1.搅拌工艺:通过对四种搅拌速度（120、240、360和480r/min）下获得的镀镍层性能的对比,我们可以知道,随着搅拌速率的升高,镀镍的沉积速率和硬度值都有增加,360r/min时镀镍层沉积速率达到最大值13.33μm /h,240 r/min时镀镍层的硬度值即可达到最大值。变向时,镀镍层的硬度值仅为321HV,沉积速率也只有8.53μm /h。2.装载量:当装载量达到0.64 dm2 /L时,镀镍层硬度值为395HV,沉积速率为8.55μm /h。3.镀浴温度:80℃的时候获得的镀镍层与85℃时获得的镀镍层性能差别不大,当温度下降到75℃的时候,镀镍层的硬度值和厚度值出现了明显的下降。热处理过程中,镀镍层的硬度、耐摩擦性、耐腐蚀性等性能都得到了提高,通过大量的实验分析,系统地阐述了热处理过程中镀层性能改变的机理。镀态的Ni-P层为非晶与微晶的混合态,在热处理时有向晶态转变的趋势,首先析出亚稳态相Ni12P5等,随着热处理温度的升高,亚稳态相逐渐消失,性能更为优良的硬质相Ni3P成为主要成分,硬质相的析出和增加是镀层性能提升的主要原因。通过对镀液成分的调整,得到了4.6%P的低磷层和10.15%P的高磷层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 化学镀镍的特点及其发展
• 1.1.1 化学镀的发展与现状
• 1.1.2 化学镀镍机理
• 1.1.3 化学镀镍工艺分类
• 1.1.4 化学镀Ni-P 复合镀层在模具上的应用
• 1.2 化学镀镍工艺对化学镀镍层的影响
• 1.3 化学镀镍层与基体的界面
• 1.3.1 化学镀工艺与镀层界面的关系
• 1.4 化学镀镍层的热处理
• 1.4.1 热处理对镀镍层与基体的结合力的影响
• 1.4.2 热处理对镀镍层硬度的影响
• 1.4.3 消除氢脆的镀后热处理
• 1.4.4 热处理时的扩散机制
• 1.5 锌铝合金表面化学镀镍的研究现状
• 1.5.1 锌铝合金表面化学镀镍的国内研究现状
• 1.5.2 锌铝合金表面化学镀镍的国外研究现状
• 1.6 课题的可行性分析及研究的目的和意义
• 1.7 课题研究内容
• 第2章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验材料、化学试剂
• 2.2 实验设备
• 2.3 实验装置示意图
• 2.4 实验项目
• 2.4.1 锌铝合金表面镀层试样的制备
• 2.4.2 不同工艺下的镀镍层试样制备
• 2.5 检测项目与方法
• 2.5.1 表面形貌观察
• 2.5.2 组织结构观察
• 2.5.3 镀层磷含量的测定
• 2.5.4 镀层硬度测试
• 2.5.5 镀层横截面观察
• 第3章 锌铝合金表面碱性预镀层分析
• 3.1 碱性预化学镀镍的必要性
• 3.2 碱性化学镀镍溶液工艺的特点
• 3.3 实验过程
• 3.3.1 Ni-P 层的表面形貌
• 3.3.2 Ni-P 层截面形貌
• 3.3.3 预镀层和镀层的相组成对比
• 3.3.4 热处理之后的变化
• 3.3.5 Ni-P 层的微观硬度测试
• 3.4 本章小结
• 第4章 锌铝合金表面化学镀镍施镀工艺研究
• 4.1 锌铝合金表面化学镀镍的一般工艺过程
• 4.2 施镀工艺对化学镀镍的影响
• 4.2.1 镀液搅拌对化学镀镍的影响
• 4.2.2 搅拌强度对镀层硬度和厚度测试的影响
• 4.2.3 装载比对化学镀镍的影响
• 4.2.4 温度对化学镀镍的影响
• 4.3 工艺因素对化学镀镍层含磷量的影响
• 4.3.1 含磷量不同的化学镀镍层的特点
• 4.3.2 影响化学镀镍层含磷量的因素
• 4.3.3 低磷、高磷配方的拟定
• 4.4 本章小结
• 第5章 热处理对锌铝合金表面化学镀层的影响
• 5.1 热处理实验方法
• 5.2 锌铝合金的热处理机理
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录