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本文论述了化学镀的反应机理,并对化学镀反应的热力学和动力学进行了分析,综述了近年来国内外化学复合镀Ni-P纳米镀层的研究进展。本文通过试验优化化学复合镀工艺参数,选出最佳实验方案,成功制备了Ni-P-nano-Al2O3复合镀层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析手段研究Ni-P镀层及Ni-P-nano-Al2O3复合镀层的表面形貌、组织结构、显微硬度,利用销盘式摩擦磨损试验机研究了两种镀层的摩擦磨损特性,重点是摩擦系数、磨损率及其影响因素,并对磨损机理作了初步探讨。对镀件进行热处理,分析热处理前后镀层中组织变化对性能的影响,其中包括硬度和耐磨性。
研究结果如下:在试验中以20#钢为试样,采用正交试验法优化了化学镀的工艺参数,得到了最佳的工艺参数为:乳酸25 g/L、柠檬酸5 g/L、温度87℃、pH4.7。工艺参数的合理选择直接影响镀层的摩擦学性能,复合镀液中加入适量的纳米Al2O3有利于得到优异的耐磨复合镀层。Ni-P镀层和Ni-P-nano-Al2O3复合镀层的耐磨性均远好于20#钢。化学镀层为非晶态,经一定的热处理后,非晶态的Ni-P基质转变为晶态,析出Ni3P金属间化合物,硬度提高,对镀层起到强化作用;同时,纳米颗粒与基质镀层形成牢固的化学结合,弥散分布于基质镀层之中,起到第二相强化作用。Ni-P非晶态镀层和Ni-P-nano-Al2O3复合镀层最佳热处理温度均为400℃,Ni-P非晶态镀层和复合镀层分别具有最高的硬度和最小的摩擦系数。Ni-P镀层的磨损机制主要有粘着磨损、磨料磨损。而Ni-P-nano-Al2O3复合镀层则可大大提高其抗磨损能力。