鎳鋁青銅表面鎳磷化學鍍層及TiO2納米復合鍍層的制備、組織與性能.pdf

1、以鎳鋁青銅為代表的艦船用銅合金是艦船用螺旋槳、海水管系、泵閥等海洋設備的主要結構材料，因此針對其性能的優(yōu)化進行研究具有重大意義。本文采用化學鍍技術對鎳鋁青銅進行表面處理，成功制備了鎳磷鍍層和TiO2納米復合鍍層，對化學鍍工藝進行了優(yōu)化，并分別對兩種鍍層的組織、界面結合情況、鍍層厚度及鍍速、顯微硬度與XRD物相、均勻腐蝕性能、摩擦磨損性能以及抗垢性能進行了研究，所開展的工作和取得的創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)對鎳磷化學鍍以及納米復合

2、鍍的工藝進行了研究。研究表明:對預處理工藝進行優(yōu)化，即采用超聲波清洗基體試樣以及選用鹽酸作為基體除銹和活化的處理液可以獲得質量良好的鎳磷鍍層;采用物理和化學分散相結合的方法，即采用高能球磨并添加表面活性劑的方法對TiO2顆粒進行預處理，可以獲得高度分散的TiO2懸浮液，并制備出優(yōu)質的納米復合鍍層;研究了主鹽、還原劑和TiO2加入量對鍍速的影響，以此為依據(jù)遴選鍍液配方。
　　(2)對制備的鎳磷鍍層的組織和性能進行了研究。研究表明:該

3、鍍層具備平整、均勻、致密、無明顯缺陷的外觀，P含量為12.18％，厚度和鍍速均較為理想，界面結合情況良好，界面結合力達64 N;該鍍層在鍍態(tài)下為非晶態(tài)，硬度為578.1 HV，對其進行熱處理，發(fā)現(xiàn)鍍層在320℃左右發(fā)生晶化，隨著溫度的升高，伴有Ni3P、Ni以及NixPy等相的析出和含量的變化，并對鍍層的硬度產(chǎn)生了一定的影響，鍍層在520℃時達到1104.7 HV的硬度峰值;鎳磷鍍層在模擬海水中的均勻腐蝕速率為0.006034mm·a-

4、1，僅為鎳鋁青銅基體(0.038292mm·a-1)的1/6，表面腐蝕程度明顯輕于鎳鋁青銅。
　　(3)對制備的TiO2納米復合鍍層的組織和性能進行了研究。研究表明:該復合鍍層具備平整、均勻、致密、無明顯缺陷的外觀，P含量為10.07％，TiO2含量為3.69％，鍍層厚度和鍍速相比鎳磷鍍層略有下降，界面結合力(46 N)比鎳磷鍍層下降約28.1％;該鍍層在鍍態(tài)下為非晶態(tài)，硬度為535.5 HV，在熱處理過程中，TiO2的引入對鍍層

5、的晶化進程產(chǎn)生了一定的影響，鍍層在320℃時達到硬度峰值1150 HV，比鎳磷鍍層的硬度峰值(1104.7 HV)提高4.1％，熱處理溫度為520℃時，硬度驟降;復合鍍層的均勻腐蝕速率為0.003319mm·a-1，僅為鎳磷鍍層的55％;復合鍍層在微動摩擦磨損試驗中的磨痕寬度為301.8μm，比鎳磷鍍層的磨痕寬度(309.8μm)減小2.6％，平均摩擦系數(shù)(0.2495)比鎳磷鍍層的平均摩擦系數(shù)(0.2981)降低17.5％。
　

6、　(4)分別對鎳鋁青銅和Q235表面鍍層的抗垢性能進行了初步研究。研究表明:鎳鋁青銅表面的鎳磷鍍層和納米復合鍍層均體現(xiàn)出優(yōu)于鎳鋁青銅的抗垢性能，其中鎳磷鍍層抗垢性能更好，比鎳鋁青銅提高了58.2％; Q235表面的鎳磷鍍層和納米復合鍍層的抗垢性能相比Q235得到大幅提升，其中鎳磷鍍層的抗垢性能比Q235提高了近696.3％。
　　本文的研究發(fā)現(xiàn)，鎳鋁青銅表面的鎳磷鍍層和TiO2納米復合鍍層可顯著改善其表面硬度、耐腐蝕性能和摩擦磨損