【摘 要】
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镍基复合镀层因其优异的性能,广泛应用于航空航天、船舶舰艇和机械工业等领域。但是现有的镍基复合镀层的制备工艺面临沉积效率低和纳米粒子易团聚等问题,导致工程材料表面均匀性差,容易发生腐蚀和磨损破坏等。射流电沉积具有快速、高效和选择性制造等特点,但极易出现尖端放电导致材料表面平整度降低和均匀性变差。为解决射流电沉积中尖端放电和复合电沉积中纳米粒子团聚问题,本文提出一种新型的磁场耦合射流电沉积方法,搭建磁
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《海上风电用钕铁硼磁体的多层膜磨擦复合镀方法及防腐机理研究》（项目编号:51475235）； 江苏省科技成果转化专项资金项目《潮间带及近海风电设备多功能安装作业工程船的研发及产业化》（项目编号:BA2011089）； 南京航空航天大学博士生短期访学项目《基于磁流体动力学的射流电沉积复合镀层研究》（项目编号:
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镍基复合镀层因其优异的性能,广泛应用于航空航天、船舶舰艇和机械工业等领域。但是现有的镍基复合镀层的制备工艺面临沉积效率低和纳米粒子易团聚等问题,导致工程材料表面均匀性差,容易发生腐蚀和磨损破坏等。射流电沉积具有快速、高效和选择性制造等特点,但极易出现尖端放电导致材料表面平整度降低和均匀性变差。为解决射流电沉积中尖端放电和复合电沉积中纳米粒子团聚问题,本文提出一种新型的磁场耦合射流电沉积方法,搭建磁场耦合射流电沉积系统,建立加工物理模型,开展相关工艺试验研究,探究磁场耦合射流电沉积中金属离子电沉积和纳米粒子复合电沉积机理。本文的主要工作和研究成果如下:（1）搭建磁场耦合射流电沉积系统。建立射流电沉积流场-电场耦合加工物理模型,分别从加工区域的流场和电场及沉积层生长等方面仿真分析喷嘴结构对于沉积层均匀生长的影响,该方法可以为射流电沉积喷嘴结构的优化设计提供理论指导。（2）揭示了磁场耦合射流电沉积中金属离子电沉积和纳米粒子复合电沉积机理。开展磁场耦合射流电沉积金属Ni镀层试验研究,研究发现,磁场耦合射流电沉积有效优化尖端放电,镀层表面形貌不再有传统射流电沉积的结瘤和微突起等缺陷,磁场作用下的射流电沉积金属镀层生长均匀性明显改善。（3）建立磁场耦合射流电沉积加工物理模型。考虑多物理场的综合作用,分析磁场对射流电沉积流场和浓度分布的影响。仿真结果表明,阳离子受磁场作用引起的微扰动会加快传质并快速达到稳定的浓度,为稳定的电沉积提供保障。利用粒子图像测速法测试磁场耦合射流电沉积电解液的流动,进一步证实磁场对射流电沉积流场的影响。（4）针对海上风电行业钕铁硼磁体易腐蚀问题,通过磁场耦合射流电沉积在其表面镀覆Ni-Si C纳米复合镀层,研究磁场和纳米粒子浓度对复合镀层的影响,并分析了Ni-Si C复合镀层强化机制。试验结果表明,磁场耦合射流电沉积细化复合镀层晶粒,提高结合力和耐腐蚀性能,腐蚀电流密度由传统射流电沉积的12.67μA·cm-2降低到4.320μA·cm-2。（5）提出一种球磨方法将软质粒子PTFE和硬质粒子Si C混合,将混合粒子共沉积制备Ni-PTFE/Si C复合镀层,分析了磁场耦合射流电沉积镍基聚合物的强化机制。磁场耦合射流电沉积的Ni-PTFE/Si C复合镀层的结合力达到28.9 N,远大于未添加硬粒的10.5 N。平均摩擦系数由0.612降低至0.127,分析发现在磨损过程中复合镀层与摩擦副之间形成转移膜,增强镍基聚合物复合镀层的耐磨性,解决了金属基聚合物复合镀层与基底结合力差和耐磨性弱等问题。
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