外加磁场对Ni-P-金刚石复合镀工艺与性能的影响研究

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材料的复合化作为材料制备与合成的一大发展趋势,已成为科技工作者的普遍共识。而作为复合材料制备重要技术之一的化学复合镀工艺,因其可以灵活加入种类繁多、性能不一的各种复合粒子以期获得不同性能的复合镀层而被广泛用于生产实践当中。目前,我国化学复合镀研究主要集中在耐磨复合镀层、自润滑复合镀层、高温抗氧化复合镀层、防护装饰性镀层等几大领域。众所周知,金刚石微粒最突出的特点是具有优异的耐磨性与极高的硬度,利用该特点将其作为异质相掺入基础镀液中,与Ni-P合金共同沉积在试样表面,可制备出性能优异的Ni-P-金刚石耐磨复合镀层。一方面,镀层中的硬质金刚石粒子可以充当耐磨粒子直接参与摩擦运动,以减少磨损。另一方面,脱落的金刚石微粒所形成的凹槽可以存储润滑油以便形成连续油膜,进一步提高镀层的摩擦性能。本课题正是对金刚石耐磨复合镀层的制备工艺进行一系列实验研究,通过引入外加交变磁场和恒定磁场等加磁方式,以磁场强度连续可控、磁场方向的改变等条件进行实验,对获得的Ni-P-金刚石复合镀层进行性能表征和机理分析,并建立起镀液中镍离子、磷离子、经磁化的金刚石粒子受到磁场能、化学能的作用而沉积形成镀层的热力学、动力学条件,最终实现工艺的优化。此外,将磁场引入复合镀技术中,工艺可行、操作简单、成本低廉、极易推广。研究结果表明:(1)采用磁场与旋转动力场二者叠加的方式可以磁化人造金刚石这类由于含有杂质而带有铁磁性的物质。(2)磁场通过改变反应体系的熵值与S. Arrhenius公式中的指前系数A而对化学反应速率造成或正或负的影响。(3)外加磁场能够改变粒子的沉积状态,对复合镀层的金相组织、表面形貌、镀层成分、沉积速率、摩擦系数、磨损量、硬度值等性能指标有所助益,尤其,对镀层成分、表面形貌有较大影响。(4)综合所有研究结果,筛选工艺参数为:金刚石粒子添加量4g/L,复合型表面活性剂,磁化5分钟,入镀4h,水浴温度85±1℃,pH值4.7,同时,对于恒定磁场,采用上下、左右各一对强力磁钢的加磁方式,对于交变磁场,采用12V电压。
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