【摘 要】
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脉冲喷射电沉积（又称脉冲电喷镀）技术是一种拥有特殊流场和电场的新型电沉积技术。与传统电镀相比,该技术具有沉积速率快、物质传输效率高和镀层平整致密等优点。Ni-W-P合金镀层具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性以及较高的硬度,在性能方面能够与铬镀层相媲美并且制备过程相比于镀铬过程更加环保,被广泛的应用于汽车钢板和石油设备的防腐、压铸模具和高硅铸铝材料的表面强化等领域。Si3N4颗粒不仅具有自润滑
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脉冲喷射电沉积（又称脉冲电喷镀）技术是一种拥有特殊流场和电场的新型电沉积技术。与传统电镀相比,该技术具有沉积速率快、物质传输效率高和镀层平整致密等优点。Ni-W-P合金镀层具有较好的耐磨性、耐腐蚀性、抗高温氧化性以及较高的硬度,在性能方面能够与铬镀层相媲美并且制备过程相比于镀铬过程更加环保,被广泛的应用于汽车钢板和石油设备的防腐、压铸模具和高硅铸铝材料的表面强化等领域。Si3N4颗粒不仅具有自润滑性,而且具有较好的热稳定性和耐腐蚀性以及较高的硬度,作为分散相沉积在连续相Ni-W-P合金镀层中,能够使镀层的硬度、耐腐蚀性和耐磨性得到进一步的提升。目前对于制备Ni-W-P合金镀层的研究主要集中在传统的电沉积、脉冲电沉积、化学镀以及极少的喷射电沉积,将脉冲喷射电沉积技术应用于Ni-W-P-Si3N4复合镀层的制备不仅是对Ni-W-P合金镀层制备工艺的拓展,而且能够为今后的相关研究提供参考并对脉冲喷射电沉积理论进行一定程度的补充和完善。本文在改进过的数控脉冲喷射电沉积试验装置上,利用脉冲喷射电沉积工艺制备了 Ni-W-P-Si3N4复合镀层,对镀层性能进行了检测和表征,并研究分析了主盐浓度、颗粒浓度和工艺参数对镀层性能的影响,希望研制出经济环保、性能优越的复合镀层。具体研究内容如下:（1）主盐浓度和Si3N4颗粒浓度的确定。开展单因素试验,在不同的NiSO4浓度、Na2WO4浓度和Si3N4浓度下分别制备了脉冲喷射电沉积Ni-W-P-Si3N4复合镀层,并对镀层表面形貌、表面硬度、结合力和磨痕宽度进行了测量和表征,分析了各因素对镀层性能的影响。最后通过综合评价确定了 NiSO4浓度为70g/L、Na2WO4浓度为52g/L、Si3N4 浓度为 4g/L。（2）工艺参数基础试验研究。开展单因素试验,在不同的两极电压、往复运动速度、频率和占空比条件下分别制备了脉冲喷射电沉积Ni-W-P-Si3N4复合镀层,并对镀层表面形貌、表面硬度、沉积速度、结合力和磨痕宽度进行了测量和表征,分析了各因素对镀层性能的单独影响。最后通过综合评价发现在两极电压4.5V、往复运动速度135mm/s、频率2kHz和占空比80%时镀层的综合性能相对较好。（3）基于JMP软件的工艺参数的优化与分析。利用JMP软件设计了关于两极电压、往复运动速度、频率和占空比的四因素三水平试验,通过响应曲面图和等高线图分析了各工艺参数对响应目标表面硬度、沉积速度、结合力和磨痕宽度的交互影响,并得出了四个响应目标的响应回归方程。联立得到的四个响应回归方程并进行了最大化意愿求解,得出了镀层综合性能最佳时的工艺参数组合:两极电压4.71V、往复运动速度135.00mm/s、频率2.14kHz、占空比81.02%。此时镀层的预测性能为:表面硬度630.78 HV0.1、沉积速度31.346μm/h、结合力42.50N、磨痕宽度455.261μm。最后在上述最佳工艺参数条件下制备了脉冲喷射电沉积Ni-W-P-Si3N4复合镀层,并进行了镀层实际性能和预测性能的对比,发现两者相差较小,模型预测较为准确。（4）最佳工艺参数条件下脉冲喷射电沉积Ni-W-P-Si3N4复合镀层的耐腐蚀性能研究。采用动电位扫描法测得不同腐蚀溶液温度和搅拌速度下脉冲喷射电沉积Ni-W-P-Si3N4复合镀层的极化曲线,通过Tafel外推法拟合得到了镀层在3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电位、自腐蚀电流密度和腐蚀速率,发现镀层的耐腐蚀性能随着腐蚀溶液的温度和搅拌速度的增大均呈现出先变差后变好的变化趋势。最后对45钢基体、Ni-W-P合金镀层和Ni-W-P-Si3N4复合镀层的耐腐蚀性能进行了对比,发现两种镀层的耐腐蚀性能均优于45钢。
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