喷射电沉积制备Ni-Fe-W三元合金镀层工艺研究

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Ni-Fe-W合金镀层具有较好的耐磨性、耐高温腐蚀性、耐热冲击性等性能,从而使它取代铬镀层成为可能。然而,常规制备方法Ni-Fe-W合金镀层沉积速率慢且晶粒粗大,镀层性能得不到充分利用。为解决此问题,本文使用喷射电沉积技术来制备沉积速率快且性能更优异的Ni-Fe-W合金镀层。本文主要研究了电解质溶液的主盐浓度,喷射速度,电流密度和电解液温度等工艺参数对Ni-Fe-W合金镀层的沉积行为,阴极极化行为以及结构和性能影响,并确定制备Ni-Fe-W合金镀层的最佳工艺参数。研究结果表明:与普通制备Ni-Fe-W三元合金镀层的方法相比,喷射电沉积加快了液相传质速率,从而降低阴极浓差极化作用,使合金镀层沉积速率明显加快。在相同电解质溶液浓度下制备Ni-Fe-W三元合金镀层,喷射电沉积法的沉积速率达到27.3μm/min,是普通方法沉积速率的20倍以上,且电流效率在85%以上。沉积参数对喷射电沉积的沉积行具有不同程度的影响:增加电解质溶液中主盐的浓度,会使阴极附近金属阳离子的浓度升高,参与沉积的水合阳离子比例增大,导致合金镀层的沉积速率加快;此外,电解质溶液喷射速度和温度的增加,阴极电位负向移动,极化度增加,因此使合金镀层的结构和性能发生改变:电镀液中钨酸钠浓度增加,合金镀层中钨元素含量增加,铁元素含量下降,显微硬度增大;随着电解质溶液喷射速度的增加,合金镀层中钨元素和铁元素的含量增加,晶粒尺寸减小,显微硬度增大;合金镀层中各元素百分含量基本不受电流密度影响,然而电流密度增加促使合金镀层晶粒细化,镀层硬度增加。喷射电沉积制备Ni-Fe-W三元合金镀层的合理配方:Ni(NH2SO32·4H2O 300 g/L,Na2WO4·2H2O 40 g/L,FeCl2·4H2O 2.0 g/L,柠檬酸钠40 g/L,H3BO3 40 g/L,抗坏血酸2 g/L,NiCl2?4H2O 10 g/L,糖精7.0 g/L。最佳工艺参数为:电流密度60 A/dm2,喷射速度4 m/s,电解质溶液温度60℃,pH值4.0。在最佳工艺方案下制备的Ni-Fe-W三元合金镀层:外观平整光亮,SEM下清晰看到合金镀层呈致密的胞状结构;XRD显示合金镀层为面心立方结构,相结构为Ni3Fe;经分析计算合金镀层晶粒尺寸较小;显微硬度测试合金镀层显微硬度高达605 HV,具有良好的耐磨性和耐蚀性。
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