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原文传递镍铝青铜表面镍磷化学镀层及TiO2纳米复合镀层的制备、组织与性能

论文题名：	镍铝青铜表面镍磷化学镀层及TiO2纳米复合镀层的制备、组织与性能
关键词：	舰船设备;镍铝青铜;表面处理;镍磷镀层;二氧化钛纳米复合镀层;制备工艺;耐腐蚀性;抗垢性能
摘要：	以镍铝青铜为代表的舰船用铜合金是舰船用螺旋桨、海水管系、泵阀等海洋设备的主要结构材料，因此针对其性能的优化进行研究具有重大意义。本文采用化学镀技术对镍铝青铜进行表面处理，成功制备了镍磷镀层和TiO2纳米复合镀层，对化学镀工艺进行了优化，并分别对两种镀层的组织、界面结合情况、镀层厚度及镀速、显微硬度与XRD物相、均匀腐蚀性能、摩擦磨损性能以及抗垢性能进行了研究，所开展的工作和取得的创新性成果如下: 　　(1)对镍磷化学镀以及纳米复合镀的工艺进行了研究。研究表明:对预处理工艺进行优化，即采用超声波清洗基体试样以及选用盐酸作为基体除锈和活化的处理液可以获得质量良好的镍磷镀层;采用物理和化学分散相结合的方法，即采用高能球磨并添加表面活性剂的方法对TiO2颗粒进行预处理，可以获得高度分散的TiO2悬浮液，并制备出优质的纳米复合镀层;研究了主盐、还原剂和TiO2加入量对镀速的影响，以此为依据遴选镀液配方。　　(2)对制备的镍磷镀层的组织和性能进行了研究。研究表明:该镀层具备平整、均匀、致密、无明显缺陷的外观，P含量为12.18％，厚度和镀速均较为理想，界面结合情况良好，界面结合力达64 N;该镀层在镀态下为非晶态，硬度为578.1 HV，对其进行热处理，发现镀层在320℃左右发生晶化，随着温度的升高，伴有Ni3P、Ni以及NixPy等相的析出和含量的变化，并对镀层的硬度产生了一定的影响，镀层在520℃时达到1104.7 HV的硬度峰值;镍磷镀层在模拟海水中的均匀腐蚀速率为0.006034mm·a-1，仅为镍铝青铜基体(0.038292mm·a-1)的1/6，表面腐蚀程度明显轻于镍铝青铜。　　(3)对制备的TiO2纳米复合镀层的组织和性能进行了研究。研究表明:该复合镀层具备平整、均匀、致密、无明显缺陷的外观，P含量为10.07％，TiO2含量为3.69％，镀层厚度和镀速相比镍磷镀层略有下降，界面结合力(46 N)比镍磷镀层下降约28.1％;该镀层在镀态下为非晶态，硬度为535.5 HV，在热处理过程中，TiO2的引入对镀层的晶化进程产生了一定的影响，镀层在320℃时达到硬度峰值1150 HV，比镍磷镀层的硬度峰值(1104.7 HV)提高4.1％，热处理温度为520℃时，硬度骤降;复合镀层的均匀腐蚀速率为0.003319mm·a-1，仅为镍磷镀层的55％;复合镀层在微动摩擦磨损试验中的磨痕宽度为301.8μm，比镍磷镀层的磨痕宽度(309.8μm)减小2.6％，平均摩擦系数(0.2495)比镍磷镀层的平均摩擦系数(0.2981)降低17.5％。　　(4)分别对镍铝青铜和Q235表面镀层的抗垢性能进行了初步研究。研究表明:镍铝青铜表面的镍磷镀层和纳米复合镀层均体现出优于镍铝青铜的抗垢性能，其中镍磷镀层抗垢性能更好，比镍铝青铜提高了58.2％; Q235表面的镍磷镀层和纳米复合镀层的抗垢性能相比Q235得到大幅提升，其中镍磷镀层的抗垢性能比Q235提高了近696.3％。　　本文的研究发现，镍铝青铜表面的镍磷镀层和TiO2纳米复合镀层可显著改善其表面硬度、耐腐蚀性能和摩擦磨损性能;镍铝青铜以及Q235表面的镀层均可大幅提高基体的抗垢性能，其中镍铝青铜表面镍磷镀层的抗垢性能比镍铝青铜提高58.2％，Q235表面镍磷镀层的抗垢性能比Q235提高近7倍。以上研究成果为金属材料表面的防腐抗垢技术及应用提供了科学依据。
作者：	张兵
专业：	机械工程
导师：	许晓静
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文