黄铜Ni-P-SiC纳米化学复合镀层工艺及其机理的研究

论文摘要

化学镀Ni-P合金镀层具有高硬度、耐磨、耐蚀、可焊性及磁屏蔽性好等优点,在实际中得到了广泛的应用。目前化学镀Ni-P合金工艺大都在高温条件（85～95℃）下进行,存在能耗高、操作环境恶劣、镀液稳定性差等问题。为了克服传统高温化学镀Ni-P合金工艺存在的问题,进一步提高Ni-P合金镀层的性能,本文采用酸性体系,在中温（70℃）条件下,以硫酸镍为主盐,次磷酸钠为还原剂,乳酸和冰乙酸为复合络合剂,硫酸铵为加速剂,纳米SiC为第二相颗粒,十二烷基苯磺酸钠（SDBS）为表面活性剂,利用XRD、SEM、显微硬度计、电化学工作站以及摩擦试验机等对中温条件下黄铜Ni-P-SiC纳米化学复合镀层的物相组成、表面形貌、镀层性能及其沉积过程进行了研究。研究结果表明,镍离子与次磷酸钠离子摩尔比、复合络合剂浓度、加速剂浓度、纳米SiC颗粒的分散性等因素均会对Ni-P-SiC纳米化学复合镀层的表面形貌、沉积速率及镀层性能产生影响,其中以复合络合剂的影响最为显著。在中温条件下,当硫酸镍为25g/L,镍离子与次磷酸钠离子摩尔比为0.4,乳酸为7.5 mL/L,冰乙酸为13.0 mL/L,硫酸铵为10g/L,乙酸钠为20g/L,SiC为5g/L,SDBS为40mg/L,镀液pH值为5.3,机械搅拌速度为250r/min时,可以在黄铜表面获得均匀致密、性能优异且与基材结合良好的Ni-P-SiC复合镀层。加速剂硫酸铵可促使次磷酸钠分子中H-P键变弱,从而增加次磷酸根的活性,使Ni-P镀层沉积速率增大。与Ni-P合金镀层相比,纳米SiC颗粒的引入,不仅能提高复合镀层的硬度,还增加了催化活性点并能明显抑制晶粒的长大,使镀层均匀致密。此外,在热处理时弥散分布的纳米SiC颗粒还能阻碍热处理过程中镀层晶粒的长大和Ni3P相的聚集粗化,有助于提高复合镀层的耐磨性能和耐蚀性能。但当镀液中SiC颗粒加入量过多时,SiC颗粒对镀层表面冲刷、刮磨作用增强,使镍磷和SiC颗粒难以共沉积,镀层沉积速率降低,颗粒复合量减少,进而导致镀层厚度减小,孔隙率增多,镀层性能恶化,故应将SiC颗粒加入量控制在合理范围内。在本试验条件下,纳米SiC颗粒加入量以5g/L为宜。全浸泡失重试验和电化学测试结果表明,黄铜Ni-P-SiC纳米复合镀层在3.5%NaCl和10%NaOH溶液中具有良好的耐蚀性,但在10%H2S04溶液中的耐蚀性较差。Ni-P-SiC化学复合镀层沉积初期,活性点在基体表面呈岛状随机分布,并以二维成核方式沿黄铜基体表面外延生长形成层状结构,后续镀层则主要以柱状或胞状方式生长。与此同时,吸附在各种离子上的SiC颗粒被共同沉积在镀层中,形成均匀连续致密的Ni-P-SiC纳米化学复合镀层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 化学复合镀工艺及其应用
• 1.3 中温化学镀镍工艺及其研究现状
• 1.3.1 铜合金化学镀镍诱发方法
• 1.3.2 中温化学镀镍工艺
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 1.5 本课题的特色
• 第二章 试验方法及设备
• 2.1 试验材料及设备
• 2.1.1 基体材料及纳米颗粒
• 2.1.2 化学试剂
• 2.1.3 试验设备
• 2.2 试验方法与步骤
• 2.2.1 化学复合镀镍的工艺参数
• 2.2.2 化学复合镀工艺流程
• 2.2.3 化学复合镀镀液配制
• 2.2.4 镀后热处理工艺
• 2.3 黄铜及纳米SiC颗粒预处理工艺
• 2.3.1 黄铜预处理工艺
• 2.3.2 诱发工艺
• 2.3.3 纳米SiC颗粒分散工艺
• 2.4 测试方法
• 2.4.1 沉积速率的测定
• 2.4.2 显微组织观察与分析
• 2.4.3 镀层性能测试
• 2.4.4 电化学测试方法
• 第三章 黄铜中温化学镀Ni-P合金工艺的研究
• 3.1 引言
• 3.2 主盐与还原剂摩尔比对中温化学镀Ni-P合金镀层的影响
• 3.3 络合剂对中温化学镀Ni-P合金镀层的影响
• 3.3.1 乳酸
• 3.3.2 冰乙酸
• 3.3.3 复合络合剂
• 3.4 加速剂对中温化学镀Ni-P合金的影响
• 3.5 中温化学镀Ni-P合金工艺的优化
• 3.5.1 因素水平表
• 3.5.2 正交试验结果及分析
• 3.5.3 最佳工艺方案的验证
• 3.6 热处理温度对中温化学镀Ni-P合金的影响
• 3.6.1 热处理温度对镀层形貌的影响
• 3.6.2 热处理温度对镀层结构的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 黄铜中温Ni-P-SiC化学复合镀层工艺的研究
• 4.1 引言
• 4.2 纳米SiC颗粒的分散性对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.2.1 预处理对纳米SiC颗粒分散性的影响
• 4.2.2 表面活性剂对纳米SiC颗粒分散性的影响
• 4.3 纳米SiC加入量对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.4 SDBS加入量对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.5 机械搅拌速度对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.6 镀液pH值对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.7 中温Ni-P-SiC化学复合镀工艺的优化
• 4.7.1 因素水平表
• 4.7.2 正交试验结果及分析
• 4.7.3 最佳工艺方案的验证
• 4.8 热处理温度对Ni-P-SiC化学复合镀层的影响
• 4.8.1 热处理温度对镀层形貌的影响
• 4.8.2 热处理温度对镀层结构的影响
• 4.8.3 热处理温度对镀层硬度的影响
• 4.9 本章小结
• 第五章 Ni-P-SiC化学复合镀层耐磨性能及其机理
• 5.1 引言
• 5.2 Ni-P-SiC化学复合镀层的耐磨性能
• 5.2.1 磨损量
• 5.2.2 摩擦系数
• 5.2.3 磨损表面微观形貌
• 5.3 纳米SiC加入量对Ni-P-SiC复合镀层耐磨性能的影响
• 5.4 SDBS加入量对Ni-P-SiC复合镀层耐磨性能的影响
• 5.5 热处理温度对Ni-P-SiC复合镀层耐磨性能的影响
• 5.5.1 对Ni-P-SiC复合镀层磨损量的影响
• 5.5.2 对Ni-P-SiC复合镀层摩擦系数的影响
• 5.5.3 对Ni-P-SiC复合镀层磨损形貌的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 Ni-P-SiC化学复合镀层耐蚀性能及其机理
• 6.1 引言
• 6.2 Ni-P-SiC化学复合镀层的耐蚀性能
• 6.2.1 Ni-P-SiC复合镀层在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能
• 6.2.2 Ni-P-SiC复合镀层在不同介质中的腐蚀速率
• 6.2.3 Ni-P-SiC复合镀层在不同介质中的腐蚀形貌
• -环境中的极化行为'>6.2.4 Ni-P-SiC复合镀层在含Cl^-环境中的极化行为
• 6.2.5 Ni-P-SiC复合镀层的交流阻抗特性
• 6.3 SiC加入量对Ni-P-SiC复合镀层在含Cl-环境下耐蚀性能的影响
• 6.3.1 对Ni-P-SiC复合镀层腐蚀速率的影响
• 6.3.2 对Ni-P-SiC复合镀层极化行为的影响
• 6.3.3 对Ni-P-SiC复合镀层交流阻抗特性的影响
• -环境下耐蚀性能的影响'>6.4 SBDS加入量对Ni-P-SiC复合镀层在含Cl^-环境下耐蚀性能的影响
• 6.4.1 对Ni-P-SiC复合镀层腐蚀速率的影响
• 6.4.2 对Ni-P-SiC复合镀层极化行为的影响
• 6.4.3 对Ni-P-SiC复合镀层交流阻抗特性的影响
• -环境下耐蚀性能的影响'>6.5 镀液pH值对Ni-P-SiC复合镀层在含Cl^-环境下耐蚀性能的影响
• 6.5.1 对Ni-P-SiC复合镀层腐蚀速率的影响
• 6.5.2 对Ni-P-SiC复合镀层极化行为的影响
• 6.5.3 对Ni-P-SiC复合镀层交流阻抗特性的影响
• -环境下耐蚀性能的影响'>6.6 热处理温度对Ni-P-SiC复合镀层在含Cl^-环境下耐蚀性能的影响
• 6.6.1 热处理温度对Ni-P-SiC复合镀层腐蚀速率的影响
• 6.6.2 热处理温度对Ni-P-SiC复合镀层极化行为的影响
• 6.6.3 热处理温度对Ni-P-SiC复合镀层交流阻抗特性的影响
• 6.7 本章小结
• 第七章 Ni-P-SiC化学复合镀沉积过程及其机理
• 7.1 引言
• 7.2 化学镀镍磷合金的热力学
• 7.2.1 反应自由能ΔG
• 7.2.2 可逆电池电势E
• 7.2.3 pH-电位图
• 7.3 化学镀镍磷合金的动力学
• 7.3.1 动力学经验方程
• 7.3.2 反应级数和表观活化能
• 7.3.3 动力学沉积速率经验方程的建立
• 7.3.4 动力学沉积速率经验方程的验证
• 7.4 Ni-P-SiC化学复合镀的沉积过程及其机理
• 7.4.1 Ni-P-SiC化学复合镀的沉积过程
• 7.4.2 Ni-P-SiC化学复合镀的沉积机理初探
• 7.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文