【摘 要】
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选区激光熔化(SLM)技术是近十年来最先进的增材制造技术之一。该技术制备的Si Cp/Al基金属反射镜具备低体积比、低热膨胀系数和高材料比强度的主要特点,现已广泛应用于航空、航天等领域。Si Cp/Al复合材料属于多晶结构,在光学加工中晶体各向异性和杂质会致使镜面的光洁度变差,从而导致镜面反射率减小。因此,需要对反射镜进行表面改性处理,采用化学镀的方式对其表面制备一层镍-磷非晶薄膜,在经过光学加工
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选区激光熔化(SLM)技术是近十年来最先进的增材制造技术之一。该技术制备的Si Cp/Al基金属反射镜具备低体积比、低热膨胀系数和高材料比强度的主要特点,现已广泛应用于航空、航天等领域。Si Cp/Al复合材料属于多晶结构,在光学加工中晶体各向异性和杂质会致使镜面的光洁度变差,从而导致镜面反射率减小。因此,需要对反射镜进行表面改性处理,采用化学镀的方式对其表面制备一层镍-磷非晶薄膜,在经过光学加工后,可以显著提高镜面的反射率,从而获得高质量的光学表面。本文内容以SLM技术成形的Si Cp/Al基复合材料为基体材料,在其金属表面进行化学镀镍-磷表面涂层改性,并采用单因素法和三水平四因素正交试验法对化学镀镍-磷镀层的酸性化学镀工艺配方进行优化;通过采用SEM、OM、XRD、TMA、显微维氏硬度计、电化学工作站等测试方法,对化学镀工艺条件及镀液组分对镍-磷镀层组织与性能因素进行研究。主要研究结论如下:(1)获得了浴液pH值、施镀温度、双络合剂用量、施镀时间对镀层表面形貌、厚度、沉积速率、磷含量、硬度和相结构的影响规律。随着镀液pH值的升高,镍-磷镀层的沉积速率加快,镀层磷含量和硬度都逐渐减小;随着施镀温度的升高,镀层的沉积速率加快,磷含量和硬度都逐渐增加;络合剂选用乳酸和柠檬酸组合的复配络合剂,既可以提高镀层的沉积速率,又可以显著的提高镀层含磷量和硬度;随着施镀时间的延长,镀层厚度逐渐增加,硬度呈现先增大后趋于平稳,基材表面的镍磷颗粒逐渐增加,当基体表面被完全覆盖后,镍磷颗粒开始聚集、生长,最终形成胞状组织。(2)优化出Si Cp/Al基复合材料表面镍-磷镀层的制备工艺。采用硫酸镍(30g/L)、次亚磷酸钠(35g/L)、乳酸(20ml/L)、柠檬酸(5g/L)、无水乙酸钠(15g/L)、氟化钠(1g/L)的镀液成分,将温度控制在85±1℃、pH值控制在4.5±0.1时,获得的镀层表面致密且连续、厚度可达到122μm的非晶态高磷镀层;镀层的硬度比基体高3倍,镀层与基体之间结合力良好。(3)揭示了化学镀工艺条件和镀液成分对镍-磷镀层热膨胀性能的影响。非晶态镍-磷镀层的热膨胀率随温度的升高而升高,并且与温度近似成线性关系。同时,镍-磷镀层的热膨胀系数与镀层磷含量有关,且镀层的磷含量与热膨胀系数成反比。对比基材与镍-磷镀层的热膨胀系数可知,低温下基体与镀层热膨胀系数相匹配,随着温度的升高,镍-磷镀层的热膨胀系数小于基体材料的热膨胀系数。(4)阐述了镍-磷镀层在腐蚀环境下的耐蚀性,镍-磷镀层在3.5wt%Na Cl溶液中具有优异的耐蚀性。镍-磷镀层在强酸、强碱、中性盐中的腐蚀速率从快到慢依次为:盐酸、氯化钠、氢氧化钠。镍-磷镀层的阻抗值优于基体,且随着镀层在3.5wt%Na Cl溶液中浸泡时间的延长,镀层的阻抗值逐渐减小。
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