徐龙堂[1]2000年在《电刷镀镍基含纳米粉复合镀层性能、结构和共沉积机理》文中进行了进一步梳理电刷镀是机械零件维修与强化的重要手段，是表面工程的一项示范性技术。它具有便捷、高效的技术特点，在现代机械设备维修领域得到了广泛的应用。使用中发现电刷镀层在高温、热磨损等苛刻条件下，性能有较明显的下降。这严重地限制了电刷镀技术的应用。针对这一问题的研究，促进了电刷镀复合镀层这一新兴分支的出现和发展。近几年出现的具有优良的热稳定性和强度，并具备较强表面活性的纳米粉材料，为这一问题的解决提供了新的手段。基于此，本文创造性地将复合电刷镀技术和纳米粉材料有机结合，成功制备了含纳米粉复合电刷镀层。文中重点研究了该复合镀层制备工艺中的纳米粉处理方法、镀层在不同温度下的硬度、抗微动磨损性能和组织结构。在对工艺、性能和结构深入研究的基础上，提出了含纳米粉复合镀层的生长机制，分析了该复合镀层的强化机理。由此为该新型复合镀层在机械设备维修和强化领域的应用提供了试验数据和理论基础，也为纳米粉这一高技术材料的实际应用提供了新思路。 本文取得如下主要结论： 1．首次在复合电刷镀领域采用金属包覆的方法对纳米粉进行处理，解决了纳米粉在复合电刷镀层中均匀分散这一技术难题。该方法能有效提高纳米粉在镍基复合镀层中的共沉积量和分散的均匀程度。被包覆的纳米粉是促使复合镀层结构细化、致密的重要原因，对复合镀层性能的提高起到了关键作用。该方法具有一定的灵活性，可以推动多种含纳米粉复合镀层的出现和应用，为机械零件维修和强化提供有效的实用手段。 2．以快速镍为基质金属，分别以纳米Al_2O_3粉、纳米SiC粉和纳米金刚石粉为共沉积固体颗粒，采用镍为包覆金属，成功制备了三种含纳米粉复合电刷镀层。在室温到400℃之间，这些复合镀层的显微硬度均明显高于快速镍镀层，而摩擦系数和磨痕深度均明显降低。其中镍基镍包纳米Al_2O_3粉复合镀层具有较好的综合性能：在400℃下，其显微硬度约为快速镍镀层的3倍，而磨痕深度仅为快速镍镀层的25％。 3．含镍包纳米粉复合电刷镀层的表面形貌细腻平坦，组织结构致密细化。该复合镀层的组织里堆砌排列的胞状结构。镍包覆纳米颗粒在基质金属中处于较好的均匀·11 北 京 工 业 大 学 学 位 论 文弥散状态，并与基质金属结合良好．在复合镀层中存在一定含量的C、N、O等杂质元素。 4．含镍包纳米粉复合镀层在常温下相对快速镍镀层硬度提高的主要机制是纳米粉弥散强化和位错亚结构强化，而在加热状态下出现的硬度上升的再强化现象可以用C、N等杂质原子对位错的钉扎作用给出定性的解释。纳米颗粒在磨痕表面的富集及其对复合镀层表面形貌的影响，是复合镀层的杭激动磨损性能有明显改善的重要原因。 5．基于导体表面存在的尖端荷电效应，提出了快速镍刷镀层电结晶过程中的正反馈的择优生长机制。在复合镀层中，具有金属包覆层的纳米颗粒破坏了基质金属的择优生长方式，由此引起了含纳米复合镀层在形貌、组织结构、成分和性能上的变化。
于本方[2]2005年在《镍基纳米SiC复合刷镀层的制备工艺研究》文中指出电刷镀技术是修复机械表面的一种有效方法,将纳米粉与电刷镀技术结合,即产生了纳米复合电刷镀技术,由此而制得的纳米复合镀层大大改善了镀层的力学性能,拓宽了刷镀层的应用范围。获得纳米复合镀层最关键的步骤是先制备均匀分散的复合镀液,再选择合适的工艺参数进行刷镀。为此,本文主要作了以下工作并取得了初步结论: 1、通过试验选择适合的表面活性剂,其目的是更好的分散快速镍溶液中的纳米SiC颗粒。首先选用阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂及其复配,进行沉降试验,再根据制得相应的镀层的形貌、性能,最终选定阳离子+非离子组合。然后以二者2:1的配比找到能较好地起到分散作用的最佳含量是0.08g/L:0.04g/L。 2、本文选用表面活性剂、恒温磁力搅拌和超声波相结合的方式,对复合镀液进行分散。试验结果表明,交替使用机械搅拌和超声波振荡,比使用一种分散方式有效的多。对新配制的纳米复合镀液先进行机械搅拌,加进行超声波振荡,刷镀时再继续进行机械搅拌,这样制备的镀层,其表面形貌平坦,组织致密,性能优良。 3、采用单因素试验方法对工件进行刷镀试验,分析镀液中纳米SiC的含量、刷镀电压和镀液的温度等主要工艺参数的范围,然后,设计正交法进行试验,找到制备镍基纳米SiC复合镀层的最佳刷镀参数。 4、测定了刷镀层的厚度、硬度、孔隙率、耐蚀性和结合强度。结果表明,采用正交法得出的工艺参数进行刷镀,复合镀层的综合性能良好。同时,配以光学显微镜和扫描电镜观察镀层的表面形貌和断面形貌,镀层表面的颗粒比较细小均匀,镀层平直,厚度均匀,镀层与基体结合力良好。
杜鑫磊[3]2015年在《纳米颗粒增强型Ni-W(D)合金复合刷镀层组织性能研究》文中研究指明塑料生产中增强剂和填充料的加入会加剧塑料模具(如2Cr13模具钢)的磨损、腐蚀和氧化,致使其使用寿命缩短。针对这一问题,本文以Ni-W(D)合金镀液为基质镀液,分别添加PTFE乳液、MoS2纳米颗粒、CeO2纳米颗粒配制纳米复合镀液,采用电刷镀工艺在2Cr13模具钢基体上分别制备了Ni-W(D)合金镀层、Ni-W(D)/PTFE复合镀层、Ni-W(D)/MoS2复合镀层和Ni-W(D)/CeO2复合镀层。对镀层表面形貌、截面形貌,镀层成分分析,镀层的结合强度、显微硬度、耐磨减摩性、耐蚀性和耐高温性进行了观察与测定,研究了纳米颗粒对镀层组织和性能的影响,并将复合镀层与Ni-W(D)合金镀层的组织和性能进行了对比分析,旨在提供适于塑料模具预强化和修复再制造的纳米颗粒增强型复合镀层。结果表明,纳米颗粒在镀层中均匀分布,镀层与基体的界面呈凹凸镶嵌,结合紧密,工作镀层与过渡层几乎融为一体,纳米颗粒的加入缓解了镀层的内应力,增加了镀层的临界安全厚度,并提高了镀层与基体的结合强度。纳米颗粒添加量对镀层组织形貌有显著影响,在一定范围内,随着镀液中纳米颗粒添加量的增加,复合镀层的组织逐渐变得细小,均匀,胞状突起减少,裂纹明显减少;当纳米颗粒的添加量增加到一定程度时,由于纳米颗粒的团聚,镀层的组织均匀性下降,有粗化的趋势;PTFE乳液和MoS2纳米颗粒的添加量越大,镀层的显微硬度越低;CeO2纳米颗粒的加入提高了镀层的显微硬度,当添加量为30g/L时镀层的显微硬度达到最大值。摩擦磨损实验表明,纳米颗粒的加入降低了镀层的摩擦系数和磨损量;PTFE乳液和MoS2纳米颗粒的自润滑性减摩效果显著,摩擦磨损后镀层依然平整;CeO2硬质纳米颗粒在镀层中的弥散分布使镀层的粘着减轻,犁削效应减弱;电化学腐蚀实验表明,纳米颗粒在镀层中的弥散分布对镀层的耐蚀性影响不大,PTFE纳米颗粒提高了镀层的自腐蚀电位,降低了腐蚀电流,耐蚀性最好;MoS2纳米颗粒降低了镀层的自腐蚀电位,增大了腐蚀电流,耐蚀性最差;CeO2纳米颗粒对镀层耐蚀性无明显影响。热处理实验结果表明,热处理能提高镀层的显微硬度,经300℃热处理后镀层显微硬度最高,表现出明显的二次强化效应;高温氧化实验结果表明,Ni-W(D)合金镀层氧化增重相对严重;与Ni-W(D)合金镀层相比,Ni-W(D)/PTFE复合镀层和Ni-W(D)/MoS2复合镀层高温氧化中氧化膜破坏严重,氧化增重加重;而CeO2纳米颗粒在镀层中弥散分布,降低了Ni-W(D)/CeO2复合镀层的氧化程度,提高了镀层的耐高温氧化性能。
孙建春[4]2004年在《Ni/纳米Al_2O_3复合电镀工艺的研究》文中认为纳米复合镀是20世纪90年代兴起的一种新型材料表面改性技术,它用纳米颗粒代替了普通复合镀中所使用的微米颗粒,是复合镀的发展趋势。本文采用复合电镀(复合电沉积)的方法在45#钢表面镀覆一层Ni/ Al2O3纳米复合镀层,重点对镀层的沉积过程和基本性能以及镀层的沉积机理和纳米Al2O3颗粒强化镀层机理进行了研究讨论。本文从电流密度、镀液pH值、镀液温度和Al2O3颗粒在镀液中的浓度四个工艺参数对镀层积速率、镀层密度、镀层表面粗糙度以及Al2O3在镀层中的含量(复合量)四个基本性质影响的角度,对镀层的沉积过程进行了详细研究。四个工艺参数中,电流密度对镀层沉积过程影响较大,而Al2O3在镀液中的浓度对镀层沉积过程影响较复杂。复合量是电沉积过程中最为关心的问题,在研究上述四个工艺参数分别对其影响时,得到四个最大复合量值:8.5%,9.3%,11.4% 和9.5%,所对应的工艺参数分别为:电流密度2.5A/dm2,镀液pH值4.5,镀液中Al2O3浓度120g/l,镀液温度45℃。对于镀层的性能,本文主要研究了镀层的磨损量、摩擦系数和硬度三个基本性能,并详细讨论了它们与上述四个工艺参数之间的关系,另外还对磨损量与复合量的关系进行了讨论。结果发现,Al2O3在镀液中的浓度对镀层性能的影响较大,影响规律也较为复杂,磨损量与复合量是息息相关的。综合考虑各因素对镀层沉积过程和性能的影响,较理想的复合电沉积工艺为:电流密度3.5～4 A/dm2,镀液pH值4.5～6,镀液温度55～65℃,镀液中Al2O3浓度25～80g/l。文章最后对复合镀层的沉积机理和Al2O3颗粒的抗磨机理进行了讨论。发现Ni和纳米Al2O3颗粒的电沉积过程符合两步吸附理论,可以用Guglielmi模型表达式进行描述。对于Al2O3的抗磨机理,当Al2O3粒径较小时镀层既存在磨粒磨损又存在粘着磨损;当Al2O3粒径较大时镀层无明显磨粒磨损和粘着磨损特征,这时Al2O3颗粒主要通过强化镀层和颗粒本身的承载作用提高镀层的耐磨性。
任林[5]2007年在《镁合金纳米TiO_2/Ni-P复合镀层的制备与性能》文中进行了进一步梳理镁合金已得到日益广泛的应用，其防护技术已经成为难点和热点。本文在镁合金Ni-P合金镀液的基础上，通过添加纳米TiO_2颗粒和表面活性剂，在超声波振荡作用下，制备了纳米复合镀液，进而制备了镁合金纳米TiO_2／Ni-P复合镀层。通过正交试验法，对影响镀层性能的镀液中纳米TiO_2颗粒含量、表面活性剂浓度、pH值、镀液温度四个因素进行分析。另外还研究了还原剂、稳定剂、络合剂、pH值、温度对沉积速度的影响，以及表面活性剂种类、表面活性剂浓度、温度、纳米颗粒浓度对镀层硬度的影响，得出了优化的施镀工艺。本文还对比了镁合金纳米复合镀层和普通合金镀层的性能，对比发现两种镀层都与基体结合良好；纳米复合镀层的显微硬度和耐磨性能和普通镍基镀层相比有较大的提高，表明纳米粒子对镀层有强化作用。复合镀层和合金镀层的耐腐蚀性都比基底镁合金高得多。动电位扫描以及在多种腐蚀介质中的耐蚀性试验结果表明纳米复合镀可能提高镍磷合金镀层的耐蚀性。对复合镀层进行锉削及弯曲试验，表面未见鼓泡、起皮、脱落及裂痕等，表明镀层与基体结合状况良好。
杜令忠, 徐滨士, 董世运, 杨华, 吴毅雄[6]2004年在《纳米复合镀层的研究现状》文中研究表明概述了纳米复合镀层的制备工艺条件、纳米复合镀层的沉积机理、纳米颗粒在复合镀层中的作用机制以及纳米复合镀层在耐磨、减摩及耐高温方面的应用。
徐龙堂, 周美玲, 徐滨士, 马世宁, 张伟[7]1999年在《含纳米粉镀液的电刷镀复合镀层试验研究》文中进行了进一步梳理应用电刷镀技术制备了含有纳米ＳｉＣ粉的镍基复合镀层，对该复合镀层的显微硬度和摩擦学性能进行了测试，并讨论了主要工艺参数对这些性能的影响规律。测试结果表明：纳米ＳｉＣ粉的加入可以一定程度的提高复合镀层的硬度。快镍复合纳米ＳｉＣ镀层的摩擦因数低于快镍镀层的摩擦因数。镀液中纳米ＳｉＣ粉和添加剂浓度增加时，复合镀层的摩擦因数有降低趋势。与快镍镀层相比，快镍复合纳米ＳｉＣ镀层的耐磨性有较大幅度的提高。还采用光学显微分析（ＯＭ）和电子探针（ＥＰＭＡ）研究了该复合镀层的表面形貌、组织和元素分布特点并提出了纳米ＳｉＣ粉与镍共沉积的机理。
钱峰[8]2010年在《生物纳米复合镀层的微细观结构与力学行为的实验与模拟研究》文中研究说明镁合金由于具有生物可降解性从而可作为生物体植入材料,因而在生物医学领域具有非常重要的应用意义,但镁合金存在着耐磨和耐蚀性较差的缺点,在镁合金表面进行刷镀则能很好的改善镁合金的这一缺点。本文主要研究了在镁合金表面电刷镀纳米羟基磷灰石颗粒(Hydroxyapatite particles, HAP)与纳米碳管(Carbon nanotubes, CNTs)混杂增强镍钴合金纳米复合镀层的微细观结构和力学行为。在Ni-Co/(HAP+CNTs)复合镀层中,Ni-Co合金作为金属基体,而纳米HAP及CNTs用做混杂增强相。该复合镀层表面光亮致密、与镁合金结合牢固、镀层综合力学性能优良,与人体组织具有良好的生物相容性,因此在生物工程中是一种具有潜在应用前景的新型生物复合镀层。本研究根据镁合金特点确定了其优化的刷镀工艺,制备出不同含量和混杂比的纳米颗粒与纤维增强的复合镀层,并运用金相显微镜(OM)、扫描与透射电子显微镜(SEM)、拉伸试验等手段分析了复合镀层的表面与截面形貌、微观结构以及膜基体系的拉伸力学性能等。结果表明：复合镀层中纳米增强相分布比较均匀,颗粒及纤维增强的复合镀层/基体体系拉伸性能优于纯镍钴镀层/基体体系,随着混杂增强相中颗粒含量的增多,镀层拉伸性能随之进一步提高；但随着纤维含量的增加,镀层结合力变差,镀层的性能在一定程度上随之下降；在实验范围内,当镀液中颗粒浓度为及纤维的混杂浓度分别为5g/L和0.1g/L时,镀层具有较高的强度和硬度等优良的综合性能。同热喷涂、气相沉积等涂层沉积过程相比,虽然电刷镀过程中的温度变化较小,但由于镁合金的热膨胀系数较大,所以对镀层热应力及其影响因素的分析是非常必要的,它直接关系到镀层的表面质量。本文利用有限元软件ABAQUS对镀层热残余应力进行了模拟分析。为了进一步表征热残余应力对镀层性能的影响,本文还对其进行了压痕过程的有限元模拟分析。结果表明,随着刷镀过程中温度的增高,镀层的最大热残余应力变大,这一点已通过理论计算与有限元模拟进行了双重检验。在压痕模拟过程中,对于相同的压深,初始温度越高,所需的压力越小,镀层的硬度也相应的越低。为了进行对比,文中对带有粗糙度的膜基体系进行了热分析及压痕模拟,结果表明,带有粗糙度的膜基体系的结合力更大,涂层的硬度也相对更高。此外,对热残余应力状态下的垂直裂纹镀层在拉伸作用下的开裂过程及裂纹尖端处的应力进行了模拟计算,计算结果有助于优化镀层的结构设计。对于复合镀层本身的拉伸力学性能,基于镀层微观结构的高分辨率扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜图像(TEM),采用软件coreltrace进行图形矢量化,建立了基于实际微观结构的复合镀层有限元模型,根据代表体元法对其施加周期性边界条件,对其准静态拉伸力学性能进行了模拟计算,并研究了镀层内颗粒与纤维的体积分数、混杂比、粒度分布等对镀层拉伸性能的影响。结果表明,纤维含量越多,镀层的抗拉性能越好,镀层内盒维数(分维数)越大,颗粒与纤维分布越均匀,镀层的抗拉性能也越好,拉伸模拟结果与拉伸实验结果相吻合。复合镀层力学性能大为改善的主要原因可归结为位错强化、晶粒细化、基体和混杂增强相的热胀失配及复合承载效应共同作用的结果。
路学丽[9]2006年在《电镀非晶态Ni-Mo-P-纳米ZrO_2复合镀层的研究》文中研究说明为了制备出一种耐腐蚀、在常温及高温条件下具有良好硬度和耐磨性镀层，本论文将纳米颗粒和复合电镀技术有机地结合起来，在金属基镀液中加入纳米ZrO_2颗粒，采用化学球磨法分散技术，重点解决了纳米颗粒在镀液中的分散和稳定问题，制备了含有纳米颗粒、性能优良的非晶态Ni-Mo-P-ZrO_2复合镀层。并考察了镀层形貌、组织结构及性能，对纳米ZrO_2颗粒对镀层性能的强化机理作了初步的探讨。主要完成的工作如下： 以镀层耐蚀性能作为评价指标，通过五因素四水平正交实验，优化了Ni-Mo-P合金镀液的成分及工艺参数，得到了耐蚀性能优异的非晶态Ni-Mo-P合金镀层。 获得了一种能有效地将纳米ZrO_2颗粒分散在镀液中的复合分散方法—化学球磨法。与超声波分散方法和化学分散方法相比，化学球磨法处理后镀液中的纳米颗粒更多的处在纳米数量级，并可悬浮4小时。而且，采用化学球磨法制备的纳米颗粒复合电镀液的镀层中纳米颗粒含量较高：镀层的表面均匀、致密、平整。因此，化学球磨法是制备纳米颗粒复合电镀液的比较理想方法。 镀层形貌分析表明：由于纳米粒子对镀层组织的细化以及弥散强化效应，所得复合镀层表面更均匀、细密，截面致密、均匀，没有明显的裂纹、孔洞等缺陷，复合镀层与基体表面结合良好。 电化学测试结果表明，复合镀层在5％NaCl溶液及0,5mol／LH_2SO_4溶液中的耐腐蚀性能优于Ni-Mo-P镀层。原因在于纳米ZrO_2颗粒的加入细化了镀层的组织，使得镀层的孔隙率减小，致密性得到改善。另外大量的纳米ZrO_2粒子弥散分布于镀层表面，减小了镀层与腐蚀介质的有效接触面积，从而能够阻止腐蚀反应的进一步发生。 与Ni-Mo-P镀层相比，复合镀层的显微硬度及抗高温氧化性能明显提高。热处理后镀层的组织结构分析表明，纳米ZrO_2颗粒对镀层的晶化有延缓作用，因此导致热处理后复合镀层的硬度峰值出现在更高温度。摩擦学性能测试结果表明，同Ni-Mo-P镀层相比，复合镀层的耐磨性明显提高，镀层的粘着和剥落得到显著改善。此外，由于镀层中含有的钼元素在高温下会生成具有减摩作用的氧化钼，使Ni-Mo-P镀层和复合镀层在高温下的耐磨性都得到提高。
王波[10]2006年在《Ni-P-纳米TiO_2复合化学镀层的制备与性能》文中研究指明本文采用化学沉积法制备了Ni-P-纳米TiO_2复合镀层。研究了还原剂、稳定剂、pH值、温度对沉积速度的影响，及表面活性剂种类、搅拌方式、温度、纳米颗粒浓度对镀层硬度的影响，得出优化配方。在优化工艺条件下得到厚度为30μm，外观平整致密的复合镀层。镀态和不同温度热处理后的复合镀层的硬度都明显地比Ni-P合金镀层高。用化学法测得了镀层中的TiO_2颗粒的含量为2.14-wt％。复合镀层热处理1h后，进行XRD分析，发现在200℃左右镀层结构开始由非晶态转变为晶态，升至400℃左右时镀层完全晶化，并出现Ni_3P相，其镀层硬度高达Hv1100。复合镀层的结晶温度较Ni-P合金镀层并未提前。在3.5％NaCl溶液中测定了合金镀层与纳米复合镀层的自腐蚀电位，发现二者的值相近，且都高于铁基体。两种镀层在多种腐蚀介质中的耐蚀性相近，但复合镀层稍差。复合镀层在浓硝酸中的抗变色时间超过20s，其耐蚀性良好。对复合镀层进行急冷及弯曲试验，表面未见鼓泡、起皮、脱落及裂痕等，表明镀层与基体结合状况良好。
参考文献：
[1]. 电刷镀镍基含纳米粉复合镀层性能、结构和共沉积机理[D]. 徐龙堂. 北京工业大学. 2000
[2]. 镍基纳米SiC复合刷镀层的制备工艺研究[D]. 于本方. 武汉理工大学. 2005
[3]. 纳米颗粒增强型Ni-W(D)合金复合刷镀层组织性能研究[D]. 杜鑫磊. 河南理工大学. 2015
[4]. Ni/纳米Al_2O_3复合电镀工艺的研究[D]. 孙建春. 重庆大学. 2004
[5]. 镁合金纳米TiO_2/Ni-P复合镀层的制备与性能[D]. 任林. 北京化工大学. 2007
[6]. 纳米复合镀层的研究现状[J]. 杜令忠, 徐滨士, 董世运, 杨华, 吴毅雄. 兵器材料科学与工程. 2004
[7]. 含纳米粉镀液的电刷镀复合镀层试验研究[J]. 徐龙堂, 周美玲, 徐滨士, 马世宁, 张伟. 中国表面工程. 1999
[8]. 生物纳米复合镀层的微细观结构与力学行为的实验与模拟研究[D]. 钱峰. 大连理工大学. 2010
[9]. 电镀非晶态Ni-Mo-P-纳米ZrO_2复合镀层的研究[D]. 路学丽. 首都师范大学. 2006
[10]. Ni-P-纳米TiO_2复合化学镀层的制备与性能[D]. 王波. 北京化工大学. 2006
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