SLM成形SiCp/Al复合材料表面镍-磷非晶镀层的制备与光学加工工艺

作     者：张恒 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：坚增运

授予年度：2024年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：SiCp/Al基复合材料 选区激光熔化 化学镀 粗糙度 耐蚀性 

摘      要：选区激光熔化技术制备的SiCp/Al基复合材料具有高强度、低密度、低热膨胀系数等优点,是最有优势的轻量化铝合金反射镜材料,被广泛应用于激光雕刻、电子封装、导弹武器系统等领域。但经过光学加工后的SiCp/Al基复合材料镜面的粗糙度大、面形精度大、反射率低。因此,需要对SiCp/Al基复合材料成形的反射镜做表面改性处理,用化学镀镍工艺在反射镜表面施镀一层镍-磷合金薄膜,通过单点车加工后的反射镜镜面粗糙度和面形精度满足光学反射镜要求。 本文以选区激光熔化技术制备的SiCp/Al基复合材料为基体,选用化学镀镍-磷合金工艺在基体表面沉积一层镍-磷非晶薄膜,研究化学镀镍施镀工艺参数对镀层的结构与性能的影响规律。选用金相显微、SEM、维氏硬度、XRD、盐雾试验、电化学测试等方法,探究化学镀镀液温度和pH值对镍-磷镀层表面形貌与性能的影响;通过研究不同装夹方式对化学镀后反射镜镜面面形精度的影响,获得最优的镍磷镀层反射镜。具体研究内容及主要结论如下: （1）获得了化学镀镀液pH值、温度、碱性预镀时间对镍-磷镀层表面形貌、截面形貌、镀层厚度、镀层硬度、镀层与基体之间结合强度的影响。随着化学镀液pH值的升高,镍-磷镀层的表观等级先上升后下降,在pH值为4.8时表面形貌最优,镀层厚度增大,硬度提高,结合强度升高,表面粗糙度先降低后上升;随着镀液温度的升高,镍-磷镀层的表现等级降低,沉积速率加快,硬度提高,结合强度先增大后减小,表面粗糙度升高;随着碱性预镀时间的延长,镍-磷镀层与基体的结合强度提高,耐蚀性越好。 （2）获得了化学镀镍工艺对镍-磷镀层表面形貌及成分的影响。酸蚀、一次浸锌、50%硝酸退锌处理、二次浸锌、碱性镀液施镀对镀层表面形貌及成分的影响,提高SLM成形的铝合金基体和镍-磷镀层的结合强度。镀层与基体之间的结合强度达到72.4N/mm2,显微维氏硬度为735HV。 （3）阐明了随着酸性化学镀时间的延长,镍-磷合金胞状物半径增大,表面粗糙度升高。施镀时间为1h时,镀层表面粗糙度Ra为2.3μm,施镀时间为15h时,表面粗糙度Ra为28.5μm。热处理温度越高,镀层耐蚀性越好。热处理温度为250℃时,镍磷镀层不会发生晶化且耐蚀性最好,镀层腐蚀速率mdd为1.33×10-2g/cm2·h,电阻为0.0351Ω,电阻率为6.199×10-5Ω·m。 （4）阐明了不同反射镜装夹方式对大口径镍-磷镀层金属反射镜镜面面形精度的影响规律。装夹方式为螺丝固定六个位置且侧面用螺丝限位,用石蜡包裹反射镜与夹具缝隙,加工后的反射镜左端面形精度RMS为0.100μm,中心位置面形精度为0.136μm,右端位置面形精度为0.080μm,整体面形精度RMS取最大值为0.136μm,可以满足后续光学抛光要求。