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镁合金由于其高比强度、高比刚度、低密度、易回收和屏蔽电磁干扰等优点越来越受到重视。其产品在汽车制造、航天航空、3C产品和生物医学领域具有广泛的运用,但是该合金较差的耐腐蚀性能以及耐磨性能制约了其更广泛的发展。本文通过直接复合化学镀工艺,在AZ91D镁合金基体上获得了三种粒径等级(纳米、亚微米和微米)的Ni-P-SiCp镀层以及亚微米SiCp复合镀层的优化镀层,论文研究了镀层的表面形貌、力学性能以及镀层的抗腐蚀性及摩擦磨损性能,对比分析了SiCp粒径和浓度对镀层性能的影响,得到的结论如下:
本试验成功的制备了镁基化学镀镍层和纳米、亚微米和微米三种粒径的SiCp化学复合镀层。表面形貌观察可以看出SiCp细化了晶粒:三种复合镀层中亚微米SiCp镀层晶粒细小,晶簇较均匀,最为理想,只是存在晶簇间隙过大的缺陷,纳米SiCp复合镀层表面晶簇不均匀,微米SiCp复合镀层细化程度较小;复合粒子SiCp可以提高镀层的沉积速度,当颗粒浓度为6g/L时,镀速最大;三种复合镀层(SiCp浓度为4g/L时)的硬度均大于化学镀层,其中亚微米SiCp/Ni-P化学复合镀层的硬度最高(硬度值为673.1HV),且镀层的硬度随着镀液中SiCp浓度增加出现先增大后减少的变化趋势,拐点为SiCp浓度为4g/L时;复合镀层盐雾腐蚀时间比化学镀层长,而孔隙率略大于化学镀层,可见复合镀层耐腐蚀性优于化学镀层,但是孔隙率过高制约了其增强强度,有待改善。
当载荷2N,摩擦磨损时间60min时,化学镀层和三种SiCp复合镀层(依次为纳米级、亚微米级、微米级)的摩擦系数分别为0.652、0.591、0.351和0.469,亚微米SiCp复合镀层表现出良好的减摩性能,其摩擦系数随着载荷的增大有所增加;复合镀层的磨损机理主要是颗粒磨损和粘着磨损共同作用,SiCp对材料粘着磨损起到一定的抑制作用;亚微米SiCp复合镀层的磨损量仅为0.012mg,化学镀层和其它复合镀层(纳米级、微米级)的磨损量分别为0.089mg、0.021mg、0.047mg,这表明,亚微米复合镀层具有好的耐磨性能;热处理可以进一步提升镀层的耐磨性能,热处理后的镀层磨损量约为镀态镀层磨损量的56%～85%。
针对亚微米SiCp复合镀层因孔隙率较高限制了其镀层耐腐蚀性较大程度地提高这一问题,本文提出了两个改进工艺:复合镀-化学镀和化学镀-复合镀。前者工艺镀层孔隙率为4.2个/cm2,优化效果不理想;后者工艺镀层孔隙率为0个/cm2,腐蚀时间(72h)为复合镀层腐蚀时间(45h)的1.6倍,耐腐蚀性提高,且表现出良好的减摩耐磨性,可作为复合镀的优化工艺。