本文将电喷镀技术与表面微织构技术有机结合,提出了微织构Ni-P合金镀层表面的设计思路。微织构能够赋予表面特殊性能,带有微坑阵列的摩擦副表面能够起到储存润滑油和磨损碎屑的作用,从而改善了摩擦副表面的摩擦磨损性能;另外,Ni-P合金镀层具有较高的硬度、较好的表面质量、优异的耐磨、耐腐蚀性能,因而被应用到各个领域。在研究分析了表面织构制备技术的基础上,首先采用电解加工方法在45钢基体表面制备微坑阵列,然后采用电喷镀技术在微坑阵列表面制备出Ni-P合金镀层,系统研究了微坑阵列Ni-P合金镀层的微观结构、结合性能以及摩擦磨损性能。主要研究内容如下:(1)喷射光刻电解加工的有限元仿真。设计了不同阴极喷嘴结构(倒锥形和直线形),建立湍流数学模型,进行了基于COMSOL的流场仿真分析。并采用不同结构喷嘴进行喷射光刻电解加工预试验,对比试验与仿真结果确定了直线形喷嘴流场较优。采用直线形喷嘴建立电流、变形几何物理场的数学模型,进行了微坑成型电场仿真。仿真研究了不同加工电压、不同加工间隙、不同阴极移动速度对微坑形貌的影响。根据分析,初步确定后续试验中加工电压范围在5-15V之间,加工间隙在200-1000μm之间,阴极喷嘴移动速度在60-120mm/min之间。对不同掩膜孔孔径进行了仿真。分析得到随着掩膜孔直径的增大,微坑侧向腐蚀量逐渐减小。(2)喷射光刻电解加工微坑阵列的工艺试验。通过单因素试验,分别研究了加工电压、阴极移动速度、加工间隙对微坑直径、深度以及底部轮廓粗糙度的影响。找到了较为理想的工艺参数,分别是:加工电压12V,加工间隙200μm,阴极移动速度60mm/min。探究了喷射光刻电解加工方案对不同直径掩膜孔加工质量的影响。经过数据分析可知,200μm掩膜孔孔径制备的微坑阵列加工质量好于1O0μm和150μm掩膜孔直径。(3)微坑阵列表面电喷镀Ni-P合金工艺试验研究。研究了电流与镀液流速对微坑阵列镀层性能的影响,通过对镀层的表面形貌、表面粗糙度、镀层与基体结合力的综合对比分析,确定了较为理想的工艺参数,分别为:电流为0.6A,镀液流速为4m/s,喷射间隙为2mm,镀液温度为60℃,阳极扫描速度为1000mm/min,利用该参数制备的微坑阵列Ni-P合金镀层表面更加致密,与微坑阵列表面的结合力较平面Ni-P镀层有明显的提高。基于优化的工艺参数,选择表面粗糙度较好的四种不同深度的微坑阵列表面进行试验。分析了不同深度微坑对微坑阵列Ni-P合金镀层表面形貌、粗糙度、结合力的影响。研究发现,平均直径为232.2μm,平均深度为30.7μm的微坑阵列所制得微坑阵列Ni-P合金镀层整体性能最佳。(4)微坑阵列Ni-P合金镀层摩擦磨损性能研究。在相同试验参数下,对比分析了45钢基体、45钢微坑阵列、平面Ni-P合金镀层、微坑阵列Ni-P合金镀层的摩擦磨损特性。试验发现,四种试件的摩擦系数大小为:45钢基体>45钢微坑阵列>平面Ni-P合金镀层>微坑阵列Ni-P合金镀层。磨痕宽度大小为:45钢基体>45钢微坑阵列>平面Ni-P合金镀层>微坑阵列Ni-P合金镀层。结果表明,在相同试验条件下,微坑阵列Ni-P合金镀层较其余三种试件具有最佳的摩擦磨损特性。