论文摘要
机械零件的磨损是相互接触的物体在相对运动时,表层材料因不断摩擦而发生损耗的过程。世界各国每年为更换由于磨损而报废的零件所需要的费用十分可观。通过电沉积的方法来制备耐磨且具有自润滑作用的复合镀层,这种方法对提高零件的耐磨性是有效的。本文通过电沉积的方法制备了Ni-TiB2复合镀层和Ni-TiB2-La2O3复合镀层,考察了表面活性剂的种类及浓度、TiB2和La2O3微粒浓度、电流密度、镀液pH值、磁力搅拌速度和电镀温度对复合镀层的硬度和磨损质量的影响,筛选出最佳工艺条件；采用电感耦合等离子原子发射光谱仪（IPC-OES）分析了镀层成分,X-射线衍射仪（XRD）分析了镀层结构,扫描电子显微镜（SEM）观察了镀层和磨痕微观形貌；同时考察了镀层的耐蚀性能、沉积速率等,得到以下结论：1.复合镀最佳工艺条件：TiB2浓度15g/L～20g/L,La2O3浓度2g/L～3g/L,电流密度3.5A/dm2～4.5A/dm2,pH值4.5～5.5,表面活性剂浓度0.075g/L～0.125 g/L,磁力搅拌转数200rpm-400rpm,电镀温度45℃～55℃。2.电感耦合等离子体发射光谱（IPC-OES）检测显示Ni-TiB2-La2O3复合镀层中La元素和Ti元素质量百分含量分别为0.15%、2.97%,换算成La2O3和TiB2质量分数分别为0.18%和4.31%。X-射线衍射（XRD）图谱在20角分别为27.637°、34.160°和44.437°时有TiB2衍射峰存在,20角分别为44.560°、51.841°和92.921°时有Ni衍射峰存在；由于Ni-TiB2-La2O3复合镀层中La203含量较低,且其衍射峰与TiB2衍射峰相重叠,故在X-射线衍射（XRD）图谱中La203特征峰并不是很明显。从扫描电子显微镜（SEM）拍摄的图片可以看出：纯Ni镀层比较平整、均匀,而复合镀层中有TiB2微粒存在；从镀层磨痕图片可以看出：纯Ni镀层摩擦表面有明显的犁沟、划痕和大片剥落迹象,而复合镀层表面犁沟和划痕相对减少。3.在最佳工艺条件下,Ni-TiB2和Ni-TiB2-La2O3复合镀层的硬度、耐磨性和耐腐蚀性比纯Ni镀层都有所提高。（1）Ni-TiB2复合镀层硬度为620.1HV, Ni-TiB2-La2O3复合镀层硬度为646.0HV,而纯Ni镀层的硬度为522.8HV, Ni-TiB2复合镀层硬度比Ni镀层硬度提高了18.6%,Ni-TiB2-La2O3复合镀层硬度比Ni镀层硬度提高了23.6%。（2）在验测试条件下,Ni-TiB2复合镀层磨损质量为0.21mg,摩擦系数为0.885,Ni-TiB2-La2O3复合镀层磨损质量为0.10mg,摩擦系数为0.670,而纯Ni镀层磨损质量为0.43mg,摩擦系数为0.640。Ni-TiB2复合镀层较纯Ni镀层耐磨性提高了1倍多,摩擦系数增大；Ni-TiB2-La2O3复合镀层较纯Ni镀层耐磨性提高了3倍多,摩擦系数相差不大。（3）在验测试条件下,Ni-TiB2复合镀层腐蚀电位为-246mV,腐蚀电流密度为1.123μA/cm2, Ni-TiB2-La2O3复合镀层腐蚀电位为-252mV,腐蚀电流密度为0.133μA/cm2,纯Ni镀层腐蚀电位为-272mV,腐蚀电流密度为4.092μA/cm2。Ni-TiB2和Ni-TiB2-La2O3复合镀层比纯Ni镀层有更正的腐蚀电位,而其腐蚀电流密度分别是纯Ni腐蚀电流密度的27.4%和3.25%。4.电流密度和镀液pH值对复合镀层沉积速率有较大影响。复合沉积速率随电流密度增大而增大,在4.5A/dm2时沉积速率达到43.1μm/h,比1.5A/dm2时沉积速率9.8μm/h提高了339.8%；而当电流密度过大时,有烧焦现象出现。复合镀层的沉积速率随着pH值增大而增大。pH为3.0沉积速率29.2μm/h,pH值为4.0～6.0之间变化不大,在41μm/h左右。目前,有关电沉积Ni-TiB2-La2O3复合镀层相关工艺和性能研究还没有报道过,这是本文的创新点。