NI基纳米复合电镀镀层的性能研究.docxVIP

辽宁科技大学本科生专业选修课现代表面分析检测方法结课论文论文名称：NI基纳米复合电镀镀层的性能研究 学生：　　　　郑奇　　　　　　　 院系名称： 材料与冶金学院 授课教师： 金辉 专业班级：　 材料化学14-1　　　　　　　　　 学 号：　　120143201058　　　　　　　　　 联系电话：　 　　　　　　　　 电子邮箱：　　1119047408@　　　　　　　NI基纳米复合电镀镀层的性能研究摘要：采用复合电镀技术通过向电镀溶液中加入平均粒度为90 nm的Al2O3粉，在Ni基材上制备了Ni-纳米Al2O3复合镀层，应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(EDAX)及透射电镜(TEM)等手段对复合镀层的表面形貌和结构进行了表征，并通过试验考察了镀层的磨损性能。结果表明，纳米Al2O3颗粒均匀分布在Ni纳米晶中；纳米Al2O3颗粒的加入不仅细化了基体Ni的晶粒尺寸，而且还具有弥散强化作用，从而提高了Ni- Al2O3纳米复合镀层的硬度和耐磨性能[1]。关键词：纳米Al2O3；复合电镀；结构；形貌；耐磨性能复合电镀技术具有设备简单、易操作、价格经济等优点，已广泛应用于航空、汽车、电子等行业。复合电镀中常用的第二相固体颗粒有碳化物、氧化物和氮化物如SiC、ZrO2、Ti02、Si3N4等。大量试验结果表明，金属基复合镀层的性能不仅与颗粒性质还与颗粒的含量、尺寸及分布有关。Al2O3颗粒具有特殊的机械和化学特性，如高化学稳定性，高硬度和高温耐磨性等，可作为金属基复合物的增强第二相应用在微器件表面，从而提高器件的耐磨性能。普通微米粒由于颗粒粗大，所得镀层表面粗糙，颗粒与基体金属材料界面结合较弱，镀层质量差。随着纳米粉制备技术的不断发展，性能更优异的纳米复合镀层出现。本工作采用复合电镀技术，通过向普通电镀液中加入平均粒度约为90 nm的Al2O3粒子，在Ni基材上制备了Ni-纳米Al2O3复合镀层并对其摩擦磨损性能进行了研究[1]。试验选用尺寸为15 mm×10 mm ×2 mm的电解Ni片为基材，同一成分的Ni片为电镀时的阳极。试样用水砂纸磨至800号后经酒精、超声波清洗。镀液为弱酸性镀液，pH值为5.5-6.0，镀液配方为:150.0g/LNiS04·7H20，15.0g/L NH4Cl，15.0 g/L H3B04，0.1g/L C12H25OSO3Na。纳米Al2O3粉直接加入镀液，为保证纳米粉颗粒的悬浮，在复合电镀过程中施以磁力搅拌。镀液温度为35℃，电流密度3A/dm2，施镀时间2h，镀层厚约为50μm。显微硬度测量在MHV2000维氏数字显微硬度计上进行，载荷为0.5N，加载时间为10S，取10个点的平均值为最终的硬度值。摩擦磨损试验在CJS111A型摩擦磨损实验机上进行，Si3N4磨球的尺寸为?2mm、转速200 r/min、载荷150 N、摩擦半径为2.5 mm，时间1 h，总路程约为188.4 m，选用感量为10-5g的天平进行分析。采用(Rigaku)D/max一2500pc型x射线衍射仪(EDAX)磨损量和Camscan MX2600扫描电子显微镜(SEM)对磨损前后的复合镀层进行综合分析。与此同时选用相同电镀条件下获得的单Ni镀层作对比试验。结果与讨论复合镀层的结构单Ni镀层和Ni-纳米Al2O3复合镀层的表面SEM形貌见图1。从图l可知，单Ni镀层具有典型的金字塔结构，但随着纳米Al2O3颗粒的加入，基体Ni的晶粒尺寸明显细化，同时向半球形转变。在电沉积Ni镀层的过程中，Ni沿一定的方向择优长大，但是随着Al2O3粒子复合，Al2O3粒子作为Ni沉积时的第二相导异质形核质点，细化了基体Ni晶粒。EDAX分析表明，Ni-纳米Al2O3复合镀层中Al2O3含量为7%-9%，而图1b中自亮颗粒即为富Al的Al2O3颗粒。由此可见Al2O3纳米颗粒在复合镀层中存在局部团聚现象，这与纳米具有很强的团聚特性有关。图1 镀层表面SEM形貌单Ni镀层及复合涂镀层的TEM形貌见图2。从图2a可见，单Ni镀层中Ni的平均晶粒尺寸小于100nm。从图2b可知，白色的圆形颗粒为纳米Al2O3粒子。除了局部存在的团聚状Al2O3纳米粒子外，细小的纳米Al粒子弥散分布在晶粒尺寸在15-60 nm的Ni晶粒中。图l和图2的结果表明在电沉积Ni镀层的过程，Ni沿一定的方向择优长大，但随着Al2O3粒子的复合，Al2O3粒子作为Ni沉积时的第二相异质形核质点，细化了基体Ni晶粒，从而产生明显的细化晶粒的作用[1]。图2镀层表面TEM形貌复合镀层的摩擦学性能单Ni镀层和Ni-纳米Al2O3复