Ni-W-Al2O3复合镀层电沉积制备及其摩擦学、腐蚀行为研究

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Ni-W-Al2O3复合镀层因具有较高的硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性能而广泛应用于电子、机械、化工等领域,但增强相颗粒Al2O3的分散性一直是制约该复合镀层广泛应用与技术发展的瓶颈问题。基于此,本论文以前期探索优化得到的Ni-W电沉积液为基础镀液,通过向其中添加增强相Al2O3粒子,采用直流电沉积技术在45#钢基体表面制备了Ni-W-Al2O3复合镀层,考察了不同Al2O3颗粒分散处理对复合镀层的耐磨损及耐腐蚀性能的影响,并对优化处理后的复合镀层在大气环境与去离子水环境中的摩擦学性能与失效机制进行了分析,得出以下结论:(1)由电沉积制备的Ni-W-Al2O3复合镀层为晶态结构,且添加不同量的Al2O3不改变镀层的晶体结构,但能有效提升镀液的阴极极化,并为晶粒沉积提供活性沉积点,从而有效地提升了复合镀层的显微硬度和厚度。复合镀层的耐磨性随Al2O3添加量增加总体表现出先快速升高后逐渐降低的变化趋势。当Al2O3添加量为5g/L时,复合镀层的耐磨性能最优,体积磨损率为4.33×10-6mm3/(N·m)。磨损失效机制为粘着磨损和磨粒磨损,而在添加量为20g/L时,复合镀层在接触应力载荷作用下易发生疲劳磨损。(2)化学分散处理Al2O3颗粒后制备的复合镀层组织均匀致密,表面缺陷显著减少,表面质量提升,且Al2O3均匀地分散沉积于基质金属镀层表面,耐磨性能大幅度提升。其中BOZ分散情形下复合镀层的耐磨性在超声场与磁场作用下均表现最优,且超声场下复合镀层耐磨性能明显较磁场下优良,其最小体积磨损率为2.51×10-6mm3/(N·m)。相比于同条件磁场下降低了23.71%,而与磁场下未分散情形相比则降低了42.03%。复合镀层的磨损失效机制为粘着磨损与磨粒磨损,在未分散情形时还存在疲劳磨损。(3)复合镀层的耐腐蚀性能随Al2O3添加量的增加而增强,主要为腐蚀电位Ecorr发生正移,自腐蚀电流密度Icorr下移,最小自腐蚀电流密度为2.286×10-8A/cm2,相比于Ni-W镀层降低了99.84%。化学分散处理Al2O3后,超声场下复合分散Al2O3情形下获得的复合镀层在3.5wt%NaCl溶液中的耐腐蚀性能表现最优,相比未分散情形和Ni-W镀层的自腐蚀电流密度分别降低了90.32%和92.36%。复合镀层腐蚀面未出现明显的腐蚀坑,发生均匀腐蚀,局部发生点蚀,未分散情形下的复合镀层表面腐蚀凹坑明显。(4)水环境中不同Al2O3分散情形下复合镀层的磨损率均明显低于大气环境中,使其耐磨损性能也相应较大气环境中显著提升,且磨损环境不改变Al2O3化学分散因素对复合镀层的耐磨损性能变化规律。其中在BOZ分散情形下复合镀层的体积磨损率为1.44×10-6mm3/(N·m),相比于同条件下大气环境中降低42.63%,降幅明显。未分散与SLS分散情形下复合镀层的磨损失效机制为粘着磨损与磨粒磨损,BOZ分散下为粘着磨损,SLS与BOZ复合分散情形下则为粘着磨损、磨粒磨损与疲劳磨损。
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