纸机刮刀表面Cr-SiC复合电镀工艺及性能的研究

摘要

复合电镀技术是将一种或多种不溶性微粒均匀分散于电镀液中，并使其在电场作用下与基体金属共沉积，形成复合镀层的一种电镀技术。复合镀层的基本成分有两类：一类是基体金属，是均匀连续相；另一类是不溶性固体颗粒，通常是不连续分散于基体金属之中，是非连续相。因此，复合镀层同时具有基质金属和固体颗粒的综合性能，综合体现它们各自的优点。 造纸机上广泛使用的各种刮刀，是纸机上由于磨损严重而常需检查更换的部件之一。刮刀通多由弹簧钢制成，由于长时期、连续的与缸面接触，往往会因刀口的磨损，而使得工作质量下降。本课题研究的目的就是在弹簧钢制刮刀表面采用复合电镀技术，使表面具有复镀层基质金属及内部弥散微粒性能的同时又保有弹簧钢基体的性质。从而达到提高刮刀表面耐磨性能的目的。 课题中复合电镀选用铬作为连续相基体金属，金属铬具有较高硬度，较低摩擦系数，同时铬本身还具有良好的耐磨性、耐腐蚀性等性能优点；选用的非连续不溶固体颗粒为碳化硅，碳化硅的显微硬度仅次于金刚石，可高达3000～3500tⅣ，耐磨性能极佳。Cr-SiC复合镀层因其两相组成而同时兼具铬及碳化硅的性能，因而拥有良好的耐磨性。 课题创新之处在于：将复合电镀引入传统普通电镀铬工艺，这使得镀铬厂不需作大的设备改动便可以进行Cr-SiC复合电镀成为可能。同时试验为解决弹簧钢基体与铬基镀层之间的连接问题，采用了预镀铜的两步电镀法。由于一般情况下，电镀铬的电流效率通常很低仅有13％～20％，加之刮刀钢质基体本身电极电位较低，故直接在刮刀表面进行铬基复合电镀，基体与镀层不易达到良好结合效果。预镀铜，因铜在电化学序中电极电位较正，比钢铁要正得多，因此铜在电镀过程更容易沉积析出，更容易与基体紧密结合，加之镀铜工艺、设备较为简单，故试验选择在刮刀表面预镀铜层，之后再进行复合电镀，最终获得复合镀层的方法。采用该两步电镀法，成功的解决镀层结合强度的问题。 通过正交实验以及对正交实验结果的分析，讨论了电流密度、电镀温度以及碳化硅微粒粒度、浓度等工艺条件对镀层性能的影响，并最终得到弹簧钢刮刀表面进行复合电镀的最佳工艺条件。通过对最佳工艺条件获得Cr-SiC复合镀层刮刀及普通无镀层刮刀进行对比磨损性试验表明，相同的磨损试验条件下，拥有复合镀层的刮刀的磨损体积仅为无镀层刮刀磨损体积为1/3。试验的结果证明：采用Cr-SiC复合电镀工艺确实有效提高了普通刮刀的耐磨性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

1引言

1.1课题的背景

1.2课题的目的

1.3课题的前景

1.4课题的创新点

2电镀技术概述

2.1电镀概念

2.2电镀的发展

2.3电化学理论基础

2.3.1阴阳离子阴阳极

2.3.2电极电位及电极的极化

2.3.3 Nernst电位学说

2.3.4电极过程

2.3.5法拉第定律和电流效率

2.3.6电流效率

2.4金属电沉积机理

2.5铜的电镀

2.5.1镀铜概述

2.5.2镀铜原理

2.6铬的电镀

2.6.1铬镀层的性能和用途

2.6.2镀铬的原理

2.6.3常见镀铬种类

2.7复合电镀

2.7.1复合电镀的概述

2.7.2复合电镀的优势

2.7.3国内复合电镀的研究现状及展望

2.7.4复合电沉积机理

2.7.5影响复合电沉积的因素及机理

3试验方案设定及试样的制备

3.1试验方案的设定

3.2试样的制备

3.2.1脱脂

3.2.2酸洗

3.2.3试验试样的制备

4电镀试验

4.1预镀铜

4.1.1镀液配制

4.1.2镀液组分

4.1.3艺条件

4.1.4试验设备

4.1.5镀铜

4.1.6小结

4.2电镀单质铬

4.2.1镀液配制

4.2.2镀液组分

4.2.3 工艺条件

4.2.4试验设备

4.2.5镀铬

4.2.6小结

4.3复合电镀试验

4.3.1碳化硅微粒的预处理

4.3.2电镀液的配制

4.3.3电镀中的搅拌

4.3.4复合电镀设备

4.3.5试片复合电镀

5镀层性能测试

5.1检测项目

5.1.1镀层的结合强度

5.1.2镀层的硬度

5.1.3镀层的耐磨性能

5.1.4镀层的微观形貌

5.1.5镀层的成分分析

5.2检测结果

5.2.1镀层X-射线衍射实验

5.2.2镀层的形貌观察

5.2.3正交实验

6试验结果分析讨论

6.1正交试验及其结果

6.2工艺条件影响分析

6.2.1电流大小对镀层性能的影响

6.2.2 SiC浓度对镀层性能的影响

6.2.3 SiC粒度对镀层性能的影响

6.2.4温度对镀性能的影响

6.3 SiC粒子对铬镀层表面形态的影响分析

6.4 SiC粒子对铬镀层耐磨性能的影响分析

6.5耐磨性对比

7结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录