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本文利用Ni与纳米Cr颗粒共沉积的复合电镀技术,成功地制备了不同Cr含量的Ni-Cr纳米复合镀层。详细研究了电镀工艺参数,如镀液中Cr含量、电流密度及搅拌速度对镀层中Cr复合量的影响。实验结果表明:(1)在其它工艺参数一定的条件下,镀层中的Cr复合量随镀液中的Cr含量增加而增大,当镀液中的Cr含量达到300g/L时,镀层中的Cr复合量几乎不再增加。(2)在搅拌速度一定的情况下,镀层中的Cr复合量随电流密度的变化趋势为:当镀液中Cr含量低时,镀层中Cr的复合量峰值可在4A/dm2时得到;而当镀液中的Cr含量高时,在电流密度为3A/dm2处可得到Cr的复合量峰值,这是由于纳米Cr颗粒的加入影响了Ni的沉积过程。(3)在本实验条件下,镀层中的Cr复合量随搅拌速度的增大而增多。通过SEM和TEM观察发现:纳米Cr颗粒的加入改变了电沉积Ni的生长方向,Ni晶粒由原来沿{200}晶面取向生长,转变为沿{111}、{200}和{220}晶面均匀生长。镀层中Cr复合量越多,Ni晶粒的形核位置越多,Ni晶粒越细化。利用电化学测试技术,研究了纳米Cr颗粒的加入对电沉积过程的影响。阴极极化曲线和阻抗谱的测试结果表明:纳米Cr颗粒的加入,增大了阴极附近的电流密度,降低了阴极极化率,使Ni的沉积速度加快,反应电阻减小。Ni-Cr纳米复合镀层的抗氧化性能表明:Ni-9.6Cr(质量百分比)纳米复合镀层800℃氧化后,能够形成一层连续的Cr2O3膜,与单Ni镀层和Ni基体相比,具有较好的抗氧化性能。900℃恒温氧化实验结果表明:Ni-Cr复合镀层的抗氧化性能不仅与镀层中的Cr复合量有关,而且与镀层中复合Cr颗粒的尺寸密切相关。在镀层中Cr颗粒尺寸相同条件下,纳米复合镀层ENCNi-10.9Cr的抗氧化性能远好于ENCNi-9Cr;而在Cr颗粒尺寸不同、含量相近的条件下,纳米复合镀层由于存在着Cr颗粒尺寸效应,使其抗氧化性能极大地优于复合微米级颗粒的镀层。此外,纳米复合镀层的抗氧化性能与同含量的Ni-Cr合金的相比,也具有较好的抗氧化性能,明显地降低了形成连续Cr2O3膜所需的临界Cr含量。这是由于Cr在材料中存在的形式也影响其氧化行为,使两者的氧化机理不同而致。
Ni-Cr纳米复合镀层的耐Cl-离子电化学腐蚀实验结果表明:纳米复合镀层的耐Cl-离子点蚀性能随着Cr含量的增加而增强。在镀层中Cr复合量相近条件下,纳米复合镀层的耐Cl-离子腐蚀性能远好于复合微米颗粒的镀层,优于同含量的Ni-10Cr合金。
纳米复合镀层的耐磨性能及硬度实验结果表明:纳米粒子的加入,强化了镀层,使其硬度提高、耐磨性增强。