柔性摩擦輔助電沉積納米晶鎳鍍層制備表征及再制造應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)電沉積技術(shù)以其低成本和工藝易控等經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在功能性鍍層制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而，受極限電流密度限制以及水溶液中陰極析氫、雜質(zhì)吸附、尖端放電等因素影響，鍍層沉積速度較慢，結(jié)晶通常較為粗大，且容易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)和結(jié)瘤等缺陷，因而其生產(chǎn)效率、質(zhì)量和性能不高。
　　為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)電沉積產(chǎn)品效率、質(zhì)量和性能等要求，本文提出了一種具有普遍意義的柔性摩擦輔助電沉積技術(shù)，即在金屬的電沉積過程中，通過一定強(qiáng)度和韌性的柔性介質(zhì)周

2、期性摩擦陰極表面。采用該技術(shù)在不含添加劑的Watts鍍液中開展了電沉積納米晶鎳鍍層的制備工藝、形成機(jī)制、柔性摩擦作用機(jī)制以及鍍層性能研究工作。基于此技術(shù)、工藝和原理，構(gòu)建了自動(dòng)化柔性摩擦輔助電沉積系統(tǒng)，并探索了其在再制造產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用。
　　開發(fā)出柔性摩擦輔助電沉積試驗(yàn)裝置和技術(shù)，并優(yōu)化了電沉積納米晶鎳鍍層的制備工藝。在12 m/min的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和50℃的溫度下，采用30％陰極覆蓋度的生物鬃摩擦介質(zhì)，制備了平整致密的納米晶鎳鍍

3、層。該納米晶鎳鍍層具有(111)擇優(yōu)取向，平均晶粒尺寸在20～30 nm之間，表面粗糙度在0.05μm左右，硬度在470～500 HV之間。
　　無摩擦電沉積鎳鍍層的初期生長(zhǎng)機(jī)制為V-W模式，存在外延細(xì)晶生長(zhǎng);形成過程以柱狀粗晶方式生長(zhǎng)為主。柔性摩擦輔助電沉積鎳鍍層的初期生長(zhǎng)機(jī)制為F-M模式，很少觀察到外延生長(zhǎng);形成過程以層狀納米細(xì)晶方式生長(zhǎng)為主。
　　柔性摩擦行為改善了電沉積鎳鍍層的組織結(jié)構(gòu)。柔性摩擦通過提高晶體形核率，增

4、加吸附原子總數(shù)、抑制吸附原子擴(kuò)散和打破吸附原子聚集生長(zhǎng)作用將晶粒尺寸細(xì)化到納米尺度;通過弛豫結(jié)晶原子間的高界面張力和降低高界面能，增加了納米孿晶密度;通過周期性抑制尖端放電和擾動(dòng)低凹部位生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了柱狀晶向?qū)訝罹ЫY(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。此外，柔性摩擦通過壓縮擴(kuò)散層厚度，驅(qū)除陰極表面吸附雜質(zhì)、氫氣泡、氧化膜以及促進(jìn)金屬離子在“谷”處放電生長(zhǎng)等作用，實(shí)現(xiàn)了允用電流密度提高、驅(qū)氫除雜、活化電極表面和整平鍍層。
　　前處理工序中的柔性摩擦活化了基體表

5、面，強(qiáng)化了鎳鍍層與基體界面間的化學(xué)鍵合和機(jī)械嵌合。與無摩擦電沉積鎳鍍層的柱狀晶相比，柔性摩擦輔助電沉積鎳鍍層的層狀結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)展路徑，使得腐蝕過程逐層進(jìn)行，增加了其耐蝕性。納米晶鎳鍍層具有更高的硬度、彈性模量和硬模比，提升了其耐磨性。鍍態(tài)和退火態(tài)形成的納米孿晶結(jié)構(gòu)，降低了晶粒生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力，改善了其熱穩(wěn)定性;鍍層硬度高于粗晶鎳和Hall-Petch關(guān)系預(yù)測(cè)，其強(qiáng)化機(jī)理為細(xì)晶強(qiáng)化和孿晶強(qiáng)化。
　　在上述技術(shù)、工藝和理論認(rèn)識(shí)的