论文部分内容阅读
电沉积复合镀是一种新兴的复合表面技术，它在电镀溶液中加入不溶性固体颗粒，并使其与基质金属在阴极上共沉积，形成具有优异性能的新型镀层，这种电沉积技术正逐渐成为研究焦点。本文在直流、单脉冲两种电流方式下，选取WC颗粒为增强相，钴为镀层基质金属，在W18Cr4V基体上制备Co-WC复合镀层。研究了镀液中WC颗粒的添加量、电流密度、搅拌速率、脉冲占空比、脉冲频率等参数与复合镀层的性能之间的关系，确定了电沉积Co-WC复合镀层的最佳工艺参数；利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X-ray衍射仪（XRD）等手段对复合镀层的截面形貌、化学成分和相结构进行了观察和分析。结果表明， WC颗粒均匀地分布在Co基质镀层内，复合镀层与基体界面清晰，且结合紧密；整个复合镀层平整均匀，厚度120μm左右；镀态下复合镀层均为晶态结构。当镀液中WC颗粒添加量为35g/L时，直流电沉积复合镀层颗粒复合量和镀速均达到最大，分别为17.4wt.%和56.3μm/h；而采用脉冲电沉积时，当占空比为50%，频率为500Hz时，镀层颗粒复含量和镀速分别为18.78wt.%和60.7μm/h；当稀土CeO2添加量为6g/L时，复合镀层颗粒复合量和沉积速率为19.9wt.%和78.2μm/h；同时研究还得出：WC颗粒的加入能显著提高复合镀层的显微硬度和耐磨性，但是降低了复合镀层的耐蚀性能。用直流和脉冲电沉积技术分别制备了Co-WC复合镀层。研究结果表明，与直流镀层表面形貌相比，脉冲电沉积制备的复合镀层组织得到明显细化，晶粒尺寸减小，大小均匀，堆积更为紧密。探讨了不同电沉积方式对镀层沉积和生长过程的影响。结果表明，不同的电沉积方式并未使Co-WC复合镀层的晶体择优取向发生变化，脉冲电沉积使晶粒细化。直流电沉积时，基质金属的沉积连续进行，粒子在电极表面不间断的嵌入镀层，脉冲电沉积由于脉冲间歇存在使具有较大体积的粒子脱附重新回到溶液中，因此镀层中复合粒子尺寸小且均匀。脉冲电沉积得到的镀层晶粒细化，说明脉冲沉积方式阻碍了复合镀层中晶粒的长大，提高了电沉积过程中晶核的形成速率。在直流电沉积下，研究了稀土CeO2和LaCl3对复合镀层微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。研究结果表明，添加适量稀土提高Co-WC复合镀层中WC颗粒的沉积量，使WC颗粒在镀层中的分布更加均匀；CeO2添加量为6g/L时，复合镀层平均显微硬度比未添加CeO2时提高15.68%；而添加0.2g/L稀土LaCl3时，复合镀层平均显微硬度比未添加LaCl3时提高13.47%。摩擦磨损试验结果表明，稀土能改善复合镀层的干摩擦特性，有效防止镀层片状脱落，对镀层耐磨性有明显改善作用，CeO2添加量为6g/L时，复合镀层磨痕轻且窄，比未添加CeO2的磨损量减少了70%。在400℃高温下研究复合镀层的摩擦磨损性能得出，无论是直流还是脉冲电沉积所制备的复合镀层的磨损量较室温低，说明在高温400℃下Co-WC复合镀层的耐磨性提高。