论文摘要
采用化学镀技术在钛基体表面获得了Ni-P合金镀层和Ni-P-石墨复合镀层。重点分析了改进活化工艺对镀层沉积速率和镀层与基体结合力的影响;通过正交实验系统地研究了Ni-P-石墨镀液中表面活性剂种类及其复配比例对镀层性能的影响,确定了最优工艺条件;探讨了钛基化学镀Ni-P和Ni-P-石墨镀层的晶化过程,确定了晶化动力学方程。本文在传统活化工艺中引入了超声技术,使该工艺在超声作用下完成活化。以镀层沉积速率、镀层与基体的结合力和形貌为评价指标,重点比较和研究了改进后活化工艺。结果表明,由于超声的引入缩短了活化时间,减少了基体溶解量,提高了过渡锌层的质量传递系数,改善了活性组分锌层的排列,使其细化,从而提高镀层的沉积速率,增强镀层与基体的结合力,改善了镀层的性能。通过正交实验系统地研究了Ni-P-石墨镀液中表面活性剂种类及其复配比例、镀液中石墨浓度及超声分散时间对镀层性能的影响,通过镀层沉积速率、镀层石墨含量、显微硬度、磨损量和形貌等指标,确定了最优工艺条件。实验得出,在HTAB（十六烷基三甲基溴化胺）40mg·L-1和壬基酚聚氧乙烯醚20mg·L-1复配使用的最优工艺条件下,镀层沉积速率为16.3mg·cm-2·h-1,与基体的结合良好,镀层为非晶结构,石墨微粒嵌入镀层胞状颗粒中,表面呈现鲜花团集状态,镀层磷含量6.7wt%,石墨含量为29.06vol%,镀层硬度为325.2HV,磨损量为7.5mg。HTAB（十六烷基三甲基溴化胺）40 mg·L-1和聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯200mg·L-1复配使用的最优工艺条件下,镀层沉积速率为13.1mg·cm-2·h-1,镀层石墨含量为22.50vol%,镀层硬度为439.2HV,磨损量为7.3mg。阳离子表面活性剂六次甲基四胺和非离子表面活性剂壬基酚聚氧乙烯醚或聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯复配效果均不理想。热处理后,借助于SEM、XRD、EDS、显微硬度仪和磨损测试等方法对其组织性能进行了分析,结果表明由于复合镀层中石墨的存在大大地提高了钛基表面的耐磨性,热处理后镀层中出现大量的TiCx硬质增强相,提高了镀层硬度,400℃热处理后硬度达到1239HV是钛基体的5倍,磨损量达到4.3mg,Ni-P合金镀层的硬度为960.5HV,磨损量为15.6mg。同时利用差热分析仪研究了Ni-P合金镀层和复合镀层的晶化动力学,运用Ozawa、Freeman-Carroll、Achar和Coats-Redfern方法对非等温动力学数据进行了分析和比较。结果发现,复合镀层的特征温度Tm和晶化激活能E均高于Ni-P合金镀层,而热焓值︱ΔH︱却低于Ni-P镀层;计算出Ni-P合金镀层和Ni-P-石墨复合镀层晶化激活能分别为308.9 kJ·mol-1和412.99 kJ·mol-1、指前因子lnA分别为58.03/s-1和77.84/s-1,确定了Ni-P合金镀层和复合镀层晶化动力学方程。