sic颗粒尺寸对镍基复合镀层耐磨性和耐蚀性的影响

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1、开尔纳米产品应用论文（周报）论文名称SiC颗粒尺寸对镍基复合镀层耐磨性和耐蚀性的影响一、本期推介粉体：纳米SiC颗粒1、主要技术指标（与本论文相关联的指标）：纳米SiC颗粒平均粒径为50nm2、本期重点推介的性能（关键词、句）：复合镀层；镍；SiC颗粒；耐磨耐蚀性能二、产品应用的主要内容（使用方法、简易流程等）：1、主要原理（机理）叙述：颗粒增强金属基复合镀层技术是近年来表面材料改性和强化研究的热点之一。在金属基镀层体系中复合共沉积金属氧化物、陶瓷、金刚石等第二相颗粒，能够产生显著的弥散强化效应，使镀层的韧性、强度、硬度等性能得到大幅的提高。Ni/SiC镀层

2、是一类研究较早，应用也较为成功的耐磨复合镀层。人们往往比较关注Ni/SiC复合镀层的力学和耐磨性能，而就其耐腐蚀方面的研究则很少。通过复合第二相颗粒制备的复合金属镀层在材料表面力学性能得到提高的同时，其耐腐蚀性能却变差。这主要是颗粒的加入使镀层结构中渗透性缺陷增加所致。GARCIA等研究表明，镀层中复合微米级SiC会导致点蚀电位降低，促进基体金属的局部腐蚀。而当复合SiC颗粒尺度小到亚微米级时，镀层的点蚀敏感性显著降低。近年来，为改善颗粒增强镍基复合镀层的耐蚀性，人们把更多的目光都转向了纳米颗粒增强复合镀层方面的研究。研究表明，复合一定量的纳米SiC颗粒可以

3、使Ni基镀层的耐磨性和耐蚀性都得到提高。但由于纳米颗粒极易团聚，给实际应用带来了很大的困难。KUO等研究发现，由于纳米颗粒在镀液中很快团聚，导致Ni镀层中颗粒尺度为微米级的二次团聚颗粒，随着镀液中添加纳米颗粒浓度的增加这种团聚越发严重，而且团聚也导致了镀层中纳米颗粒复合量的减少。AAL等研究发现，Ni基镀层中纳米AlN的复合量达到41%才可以得到较高的耐蚀性和耐磨性。同时，也有研究认为，相对于微米尺度增强相颗粒，纳米SiC颗粒对镍基复合镀层摩擦磨损性能的影响并不明显。大量的研究表明，采用微米级颗粒作为增强相可以大大提高Ni基复合镀层的力学性能，但对镀层的耐腐

4、蚀性的影响仍然存在较大的争论。超细纳米颗粒可以提高镀层的耐蚀性，但其对复合镀层摩擦磨损性能的影响尚不明确。通常，造成这些分歧的主要原因是所采用的实验体系和条件不同。本文作者在尽可能一致的实验条件下，通过直流电沉积的方法分别制备含微米和纳米SiC增强相颗粒的镍基复合镀层，并对比研究SiC颗粒尺度对镍基复合镀层硬度、耐磨性及其耐腐蚀性的影响2、使用工艺、过程描述：实验选用的基材为普通碳钢O235，试样加工后的尺寸为40mm×25mm×2mm。试样表面预处理过程为：砂纸打磨−丙酮除油−热水洗−冷水洗−除锈−水洗−5%硫酸活化−水洗−吹干。阳极为纯度99.9%的电解

5、镍板，阳阴极表面积比约为2׃1。镀液分分为：硫酸镍(NiSO4·6H2O)150~250g/L，氯化镍(NiCl2·6H2O)40g/L，氨基乙酸0.05g/L，硼酸40g/L，表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化铵。实验采用的微米和纳米SiC颗粒的平均粒度分别为1.5μm和20nm，使用前要经过超声分散处理。复合镀层通过直流电沉积法制备，采用JPS−3005DG型直流稳压电源，将渡槽置于双显双控恒温磁力搅拌器上施镀。采用H−800型透射电境(TEM)观察颗粒在镀液中的分散情况。采用LEO−1450型扫描电境(SEM)观察镀层表面形貌和截面形貌。采用HVS−10

6、00型显微硬度计测量镀层硬度。镀层的摩擦磨损性能测量在球−盘滑动UMT摩擦磨损试验机(Universalmicro-tribometer)上进行。实验采用的载荷为2N，回转半径为4mm，转速为100r/min，摩擦时间为30min。实验中可以实时检测摩擦力和摩擦因数的变化。在试样表面磨出一道环形的磨痕后，再用表面形貌仪进行磨痕横截面积的测量，磨痕凹槽的横截面积可以代替磨损体积或磨损质量，直观地反映镀层的耐磨性能。采用三电极体系在EG&G2273电化学工作站上测量电化学阻抗谱(EIS)，工作电极为镀层试样，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂电极，电解液为3.

7、5%NaCl水溶液，测试温度为室温。扫描频率范围为100kHz~10mHz，交流激励信号幅值为5mV。3、改性后产品的功能描述：1)在镀液中添加微米级SiC颗粒(平均粒径1.5μm)对镍基复合镀层硬度的强化效应比在镀液中添加粒度更细的纳米SiC颗粒(平均粒径20nm)好，但由此制备的两种尺寸颗粒复合镀层的耐磨性基本相当。2)电化学阻抗谱测量说明添加SiC颗粒可以提高镀层的耐腐蚀性，且纳米级颗粒增强复合镀层的耐蚀性优于微米级颗粒复合镀层的，但阻抗谱分析并不能对镀层局部腐蚀行为给出准确、全面的反应。3)SiC颗粒在复合电沉积过程中改变了镍晶粒的结晶取向，使复合镀

8、层表面的电位分布趋于均匀化，化学稳定性得到提高。三、