镁合金表面Ni--P--TiO2化学复合镀层的制备及其性能研究

摘要

镁合金由于密度小、比强度和比刚度大等优异的性能，在航空、汽车和电子等各行各业的应用越来越广泛。但镁的标准电极电位较负仅为-2.37V，很容易受到腐蚀破坏，为了改善镁合金的耐蚀性能，国内外均开展了相关研究，化学镀技术由于工艺简单、成本低廉、镀层厚度均匀、耐蚀性好等优点而受到广泛关注。镁合金由于密度小、比强度和比刚度大等优异的性能，在航空、汽车和电子等各行各业的应用越来越广泛。但镁的标准电极电位较负仅为-2.37V，很容易受到腐蚀破坏，为了改善镁合金的耐蚀性能，国内外均开展了相关研究，化学镀技术由于工艺简单、成本低廉、镀层厚度均匀、耐蚀性好等优点而受到广泛关注。 本文首先通过正交试验对化学镀Ni-P镀层的镀液配方进行了优化，其次采用化学镀/溶胶法相结合的技术，在AZ31镁合金基体上制备出高分散性的纳米TiO2颗粒复合镀层，利用热处理和无铬钝化两种镀后处理方式对镀层性能进行了进一步优化;通过添加钨酸钠制备了Ni-W-P-TiO2复合镀层，研究了添加不同含量钨酸钠对复合镀层的影响；采用以Ni-P为底层，Ni-P-TiO2复合镀层为顶层，在镁基体表面制备双层Ni-P/Ni-P-TiO2复合镀层，研究了双层镀层的形貌结构及性能，并与单层Ni-P、Ni-P-TiO2镀层进行了对比分析。通过分析讨论，得出以下结论：本文首先通过正交试验对化学镀Ni-P镀层的镀液配方进行了优化，其次采用化学镀/溶胶法相结合的技术，在AZ31镁合金基体上制备出高分散性的纳米TiO2颗粒复合镀层，利用热处理和无铬钝化两种镀后处理方式对镀层性能进行了进一步优化;通过添加钨酸钠制备了Ni-W-P-TiO2复合镀层，研究了添加不同含量钨酸钠对复合镀层的影响；采用以Ni-P为底层，Ni-P-TiO2复合镀层为顶层，在镁基体表面制备双层Ni-P/Ni-P-TiO2复合镀层，研究了双层镀层的形貌结构及性能，并与单层Ni-P、Ni-P-TiO2镀层进行了对比分析。通过分析讨论，得出以下结论： (1)随着TiO2溶胶含量增加,Ni-P-TiO2复合镀层的硬度和耐蚀性先逐渐增加，后减小，适当的TiO2溶胶含量制备的复合镀层性能最好，在本文研究范围中，TiO2溶胶含量为8mUL对复合镀层的硬度、耐蚀性最好，镀层结构致密，无明显缺陷和裂纹产生，镀层中TiO2弥散分布，同时细化了复合镀层中的Ni晶粒。(1)随着TiO2溶胶含量增加,Ni-P-TiO2复合镀层的硬度和耐蚀性先逐渐增加，后减小，适当的TiO2溶胶含量制备的复合镀层性能最好，在本文研究范围中，TiO2溶胶含量为8ml/L对复合镀层的硬度、耐蚀性最好，镀层结构致密，无明显缺陷和裂纹产生，镀层中TiO2弥散分布，同时细化了复合镀层中的Ni晶粒。 (2)Ni-P-TiO2复合镀层经热处理后，在本文研究范围内，复合镀层的硬度随着热处理温度的升高而增加，耐蚀性呈现先上升后下降的趋势，综合分析得出：当热处理温度为250℃时，复合镀层的硬度和耐蚀性最好；经硅酸盐钝化处理后的镀层，添加适当的硅酸钠可提高镀层的硬度及耐蚀性，本文研究范围内硅酸钠含量为20g/L时，镀层的硬度高耐蚀性能优异。 (3)通过在Ni-P-TiO2镀液中加入钨酸钠的方式制各了Ni-W-P-TiO2复合镀层，研究结果表明，随着钨酸钠含量的上升，Ni-W-P-TiO2复合镀层中的胞状颗粒尺寸，表现出先减小后增大的趋势，镀层的硬度、耐蚀性表现出先上升后下降的规律。 (4)与Ni-P、Ni-P-TiO2镀层相比，双层Ni-P/Ni-P-TiO2复合镀层的硬度提高到363HV,(4)与Ni-P、Ni-P-TiO2镀层相比，双层Ni-P/Ni-P-TiO2复合镀层的硬度提高到363HV,孔隙率明显下降，自腐蚀电流密度下降到10-7数量级，点蚀电位、自腐蚀电位也明显正移，耐蚀性明显上升，表明双层界面的引入有利于提高镀层的硬度和耐蚀性。

目录

声明

1 前言

1.1 引言

1.2 化学镀Ni-P合金概述

1.2.1 化学镀Ni-P合金的沉积机理

1.2.2 化学镀Ni-P合金的溶液分类及组份

1.2.3 Ni-P化学镀特点

1.3 镁合金表面化学镀镍技术研究现状

1.4 纳米颗粒复合镀概述

1.4.1 纳米颗粒复合镀概念及分类

1.4.2 化学复合镀的工艺特点

1.4.3 复合镀层沉积机理

1.5 镁合金表面复合镀技术研究现状

1.6 研究意义及内容

1.6.1 研究意义及内容

1.6.2 实验技术路线图

2 实验部分

2.1 实验材料

2.2 实验试剂与仪器

2.3 实验工艺及配方

2.3.1 前处理工艺及配方

2.3.2 Ni-P镀层制备

2.3.3 Ni-P-TiO2镀层制备

2.3.4 Ni-W-P-TiO2镀层制备

2.3.5 Ni-P/Ni-P-TiO2镀层制备

2.4 实验测试方法

2.4.1 镀层表面及截面形貌测试

2.4.2 镀层相结构分析

2.4.3 硬度测试

2.4.4 电化学测试

3 Ni-P-TiO2复合镀层的制备及性能研究

3.1 单因素筛选试验

3.2 正交试验

3.3 TiO2含量对镀层的影响

3.3.1 TiO2含量对镀层形貌及结构的影响

3.3.2 TiO2含量对镀层性能的影响

3.4 热处理对镀层的影响

3.4.1 热处理对镀层形貌及结构的影响

3.4.2 热处理对镀层性能的影响

3.5 硅酸盐钝化对镀层的影响

3.5.1 硅酸盐钝化对镀层形貌及结构的影响

3.5.2 硅酸盐钝化对镀层性能的影响

3.6 小结

4. 钨添加对Ni-P-TiO2镀层的影响

4.1 钨添加对镀层形貌及结构的影响

4.2 钨添加对Ni-P-TiO2镀层性能的影响

4.3 小结

5 双层Ni-P/Ni-P-TiO2复合镀层的制备及性能研究

5.1 双层Ni-P/Ni-P-TiO2的形貌及组织观察

5.2双层Ni-P/Ni-P-TiO2的性能表征

5.3 小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间主要研究成果