2024铝合金表面电弧镀crnltxgt多层膜的研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要2024铝合金具有密度小、比强度和比刚度高、导电、导热性能好，易加工成形等特性，在汽车工业、航空航天和军工工业等领域具有广阔的应用前景。然而其表面硬度低、摩擦磨损大和耐腐蚀性能差等缺点难以满足应用高要求。多弧离子镀具有靶材离化率高、绕镀性好和结合力大等优点，在现代材料表面改性工艺中占有重要的地位，在2024铝合金表面镀CrNx硬质膜可以充分发挥硬质涂层和铝合金结构件各自的优良性能。但是铝的化学性质十分活泼，在其表面易于形成一层硬而脆的陶瓷相氧化铝薄膜(20---30A)，严重阻碍了镀层与基体的紧密结合。铝的标准

2、电极电位约为．1．67V，很容易失去电子，当它浸入电解液中能和多种金属离子发生置换反应，在铝表面形成接触置换层，这层膜粗糙、疏松，与铝基体的结合强度很差。同时铝合金在酸碱溶液中很不稳定，给电化学镀膜造成麻烦和困难；再者铝的膨胀系数(22．9"10讯)与CrN涂层(9．4"10。6／K)相差很大，环境温度发生变化时，镀层易脱落，这些都严重影响膜基之间的结合力，影响实施硬质涂层表面沉积改性技术，需要经过特殊的预处理和加镀过渡层。目前，浸锌／各种镀层是工业上铝合金电镀预处理应用最广的方法，该方法简单，结合力好。本文采用了二次浸锌预处理、化学预镀

3、镍、电镀铜作为中间过渡层，再利用磁过滤脉冲电弧离子镀技术镀Cr／CrNx调制周期膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、显微硬度仪等测试手段分析薄膜的成分、结构、形貌、显微硬度、摩擦系数和阳极极化曲线等特性；结合热震法和划痕法测试薄膜的结合力。实验结果表明：(1)采用二次浸锌预处理，然后化学镀镍的前处理技术，有效解决了铝合金表面的氧化铝薄膜的结合力差的难题，从而将难镀基材转化为易镀基材。选择薄铜层来作为Ni．P镀层和Cr／CrNx层间的粘结层，缓和应力。先碱性化学预镀镍，再采用酸性化学镀镍的二步化学

4、镀镍技术能够有效避免锌对酸性镀镍液的毒化作用，同时也起到镍磷层中磷含量的一个成分梯度分布。形成的Zn／NUCu／CdCrNx多层膜，其成分和性质呈现梯度分布，结构交替变化，减少膜基之间的应力，有利于提高铝合金上CrNx涂层的结合力。(2)磁过滤脉冲偏压电弧离子镀Cr／CrNx膜表面光滑致密，主要由Cr、CrN和Cr2N组成，以CrN(220)为择优取向。镍磷过渡层硬度高，对表面氮化物膜起强烈的支撑作用，表面显微硬度达26GPa。(3)磁过滤脉冲偏压技术大大减少了大颗粒的数目和尺寸，表面质量较大幅度的改善，对削弱点蚀起到一定作用；交替分布的

5、韧性金属Cr层和CrNx层界面，‘能够打断离子镀过程中容易形成的柱状结构，对腐蚀性能起到很好的阻隔作用；镍磷层致密，对孔蚀有阻隔作用；同时多层膜的低应力和电化学性质的梯度变化，也大大削弱了膜层之2024铝合金表面电弧镀CrNx多层膜的研究间的相位腐蚀速率，电极电位逐渐变正，表面自腐蚀电位正移了400mV，这些都大大提高了2024铝合金的耐腐蚀性能。(4)多层膜的摩擦系数为0．40，耐磨性能良好，主要得力于氮化铬的良好性能和镍磷层的硬度支撑作用。(5)采用热震法和划痕法相结合，将铝合金试样经过渡层处理后经划痕以及在220℃保温20min，然

6、后在冷水中骤冷5min，循环12次都未见起皮，鼓包和剥落现象，结合力良好。结合良好的CrNx薄膜能使2024铝合金表面具有高硬度，高耐磨性和良好的耐腐蚀性等优良性能，对轻合金的表面改性技术有一定的应用价值。关键词：2024铝合金；磁过滤电弧离子镀；CrN。多层膜；结合力；耐腐蚀性一Ⅱ一大连理工大学硕士学位论文StudyofCrNxcoatingsdepositedon2024AluminiumAlloysbyMulti-ArcIonplatingAbstractZn／Ni／Cu／Cr／CrNxcoatingsdepositedon2024

7、AluminiumAlloysbyelectrochemistryandmagneticfilterpulsebiasarcionplating(PBAIP)technologyareinvestigated．Alalloysarethemostlightestmaterialswithexcellentpropertiessuchashi【ghcompareintensity、goodheatconductionandconductanceandeasilymachiningetc，whichareappliedinmanyfields

8、chieflyinautomobileindustry、aerospaceindustryandWarindustry．PBAIPhasbeenextensivelyusedtodeposit