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机械科学与技术 2008年第9期27卷 1243-1246,1251页

作者：兰明明薛玉君韩红彪刘红彬李济顺河南科技大学机电工程学院洛阳471003

电化学沉积层的制备是电铸技术的关键环节。本文采用脉冲电铸技术制备N i-Nd2O3纳米复合沉积层,考察了镀液中Nd2O3纳米颗粒添加量、平均电流密度、占空比、脉冲频率对纳米复合沉积层中Nd2O3含量及纳米复合沉积层显微硬度的影响,并对纳... 详细信息

电化学沉积层的制备是电铸技术的关键环节。本文采用脉冲电铸技术制备N i-Nd2O3纳米复合沉积层,考察了镀液中Nd2O3纳米颗粒添加量、平均电流密度、占空比、脉冲频率对纳米复合沉积层中Nd2O3含量及纳米复合沉积层显微硬度的影响,并对纳米复合沉积层的表面形貌进行了分析。结果表明,在镀液中Nd2O3纳米颗粒添加量20 g/L^30 g/L、脉冲平均电流密度2 A/dm2~4 A/dm2、占空比0.2~0.4和脉冲频率1000 Hz的条件下,可获得Nd2O3含量大的高硬度复合沉积层,并且沉积层表面平整、光滑,晶粒细小,组织均匀致密。

关键词：脉冲电铸纳米复合沉积层氧化钕纳米颗粒

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超声场中脉冲电铸Ni-CeO2纳米复合沉积层的工艺及性能研究

超声场中脉冲电铸Ni-CeO2纳米复合沉积层的工艺及性能研究

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作者：兰明明河南科技大学

学位级别：硕士

采用传统复合电铸工艺可以获得具有许多特殊功能的纳米复合沉积层,但由于纳米颗粒在电铸过程中易发生团聚,致使沉积层组织较不均匀、性能不够稳定,因而其应用受到一定限制。超声波能够有效地抑制纳米颗粒的团聚,促使纳米颗粒在沉积层中... 详细信息

采用传统复合电铸工艺可以获得具有许多特殊功能的纳米复合沉积层,但由于纳米颗粒在电铸过程中易发生团聚,致使沉积层组织较不均匀、性能不够稳定,因而其应用受到一定限制。超声波能够有效地抑制纳米颗粒的团聚,促使纳米颗粒在沉积层中均匀分布,细化基质金属晶粒,而且还可强化电铸过程,提高沉积速率和电流效率。本论文在超声场中采用脉冲电铸制备了Ni-CeO纳米复合沉积层,研究了电铸方式、脉冲工艺参数及超声波对沉积层中CeO纳米颗粒共沉积量的影响,并对沉积层的表面形貌、微观结构及性能进行了观察和测试,进而分析了CeO纳米颗粒、脉冲电流及超声波改善沉积层结构及性能的作用机理。本论文完成的主要研究内容和结论如下: 第一,研究了电铸方式、脉冲工艺参数、超声波对复合沉积层中CeO纳米颗粒含量的影响,利用正交试验法对复合电铸试验的工艺参数进行了分析和优化,获得了超声—脉冲电铸制备Ni-CeO纳米复合沉积层的最佳工艺参数:CeO纳米颗粒添加量40g/L,平均电流密度2A/dm2,脉冲占空比0.4,脉冲频率500Hz,超声频率100kHz,超声功率180W,磁力搅拌速率1000rpm。第二,研究了CeO纳米颗粒与电解液中金属离子共沉积的阴极极化曲线和电化学阻抗谱。在电解液中添加CeO纳米颗粒,不仅使得还原电势向负移,阴极极化增大,而且由于纳米颗粒在电极表面的吸附改变了电极反应的阻抗,从而导致阻抗谱低频区出现了两个明显的感抗弧。第三,分析了不同电铸方式制备的沉积层表面形貌。CeO纳米颗粒、脉冲电流及超声波对沉积层基质金属Ni的晶粒有明显细化作用。在超声—脉冲电铸方式下,可以获得晶粒细小、表面光滑、组织致密的纳米复合沉积层。第四,探讨了电铸方式对沉积层结晶取向的影响。CeO纳米颗粒和脉冲电流均能增强(1 1 1)、(2 2 0)、(3 1 1)和(2 2 2)晶面的衍射峰强度,但未改变沉积层的衍射最强峰。在电铸过程中引入超声波后,沉积层的衍射最强峰由(2 0 0)晶面变为(2 2 0)晶面。第五,对比研究了直流纯Ni沉积层和直流、脉冲、超声—脉冲Ni-CeO2纳米复合沉积层的显微硬度、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和摩擦磨损性能。采用超声—脉冲电铸制备的Ni-CeO2纳米复合沉积层的显微硬度、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能及摩擦磨损性能均高于其他三种沉积层。这表明CeO2纳米颗粒、脉冲电流及超声波的协同作用使得沉积层具有优异的综合性能。第六,超声波提高纳米复合沉积层性能的主要作用为:促使纳米颗粒在电铸液中均匀分散及在电铸沉积层中均匀分布,细化基质金属晶粒,改变基质金属的结晶取向。本论文通过研究,获得了制备综合性能优异的Ni-CeO2纳米复合沉积层的超声—脉冲电铸工艺。本研究对开发具有优良性能的电铸制品具有一定的参考价值。

关键词：脉冲电铸超声波 CeO2纳米颗粒纳米复合沉积层微观结构性能

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超声场中旋转阴极电铸纳米复合沉积层的试验研究

超声场中旋转阴极电铸纳米复合沉积层的试验研究

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作者：张德颖河南科技大学

学位级别：硕士

复合电铸是利用复合电沉积原理和电铸工艺来制造复合材料及零件的一种精密制造技术。用纳米颗粒替代微米颗粒进行复合电铸可以显著提高复合沉积层的显微硬度、减摩耐磨、抗高温氧化及耐腐蚀等性能。但纳米颗粒在复合电铸过程中易发生团... 详细信息

复合电铸是利用复合电沉积原理和电铸工艺来制造复合材料及零件的一种精密制造技术。用纳米颗粒替代微米颗粒进行复合电铸可以显著提高复合沉积层的显微硬度、减摩耐磨、抗高温氧化及耐腐蚀等性能。但纳米颗粒在复合电铸过程中易发生团聚,使其优越性得不到充分发挥。在超声波辅助复合电铸中采用阴极旋转的方法可以有效抑制纳米颗粒团聚,有望提高复合沉积层的综合性能。本论文选用稀土氧化铈(CeO)纳米颗粒作为电铸液中的悬浮颗粒,开展了超声场中旋转阴极电铸纳米复合沉积层的试验研究。考察了电铸工艺方法和参数对复合沉积层中纳米颗粒含量的影响,确定了电铸Ni-CeO纳米复合沉积层的适宜工艺参数,即:CeO纳米颗粒添加量40g/L,阴极电流密度4A/dm,阴极旋转速度1200rpm,超声波功率300W、频率45kHz,磁力搅拌速率1000rpm,电铸液温度45℃。分析了电铸方法和工艺参数对沉积层表面形貌和结晶取向的影响。在超声场中旋转阴极电铸制备的复合沉积层晶粒细小,组织均匀致密,CeO纳米颗粒在复合沉积层中呈均匀弥散分布。超声波和旋转阴极可以改变沉积层晶粒结晶的择优取向。对比研究了纯Ni沉积层和无超声-静止阴极、旋转阴极、超声、超声-旋转阴极电铸制备的Ni-CeO纳米复合沉积层的显微硬度、摩擦磨损性能、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。超声场中旋转阴极电铸制备的Ni-CeO纳米复合沉积层具有较高的显微硬度和良好的摩擦磨损性能、抗高温氧化性能及耐腐蚀性能。这表明CeO纳米颗粒、超声波及旋转阴极的共同作用使得复合沉积层具有优良的综合性能。分析了纳米颗粒、超声波和旋转阴极在复合沉积层中的作用机理。纳米颗粒弥散分布在复合沉积层中成为了新晶核的生长点,同时抑制晶粒的过大生长,达到细晶强化的作用;并且纳米颗粒作为第二相硬质点使得晶粒产生位错,造成复合沉积层晶格扭曲变形,起到弥散强化的作用。超声波和旋转阴极的共同作用促使纳米颗粒在电铸液中均匀分散及在复合沉积层中的弥散分布,从而进一步细化沉积层晶粒,提高复合沉积层的性能。本论文通过研究,获得了性能优良的Ni-CeO纳米复合沉积层及其制备工艺,可为超声波和旋转阴极在纳米复合电铸中应用提供试验依据。

关键词：复合电铸超声波旋转阴极稀土纳米颗粒纳米复合沉积层微观结构性能

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纳米Al2O3增强管道内壁Ni沉积层的刷镀工艺及其性能研究

纳米Al2O3增强管道内壁Ni沉积层的刷镀工艺及其性能研究

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作者：张宸铭河南科技学院

学位级别：硕士

随着全球经济基础的迅速发展,输送管道作为饮用水,油气和化工行业原料储存和长距离运输的重要工具,其铺设长度也逐年增长。目前国内油气管道储运技术虽已较为完善,但在现实应用中仍然存有许多问题,其中腐蚀和机械损坏仍然是管道运行期... 详细信息

随着全球经济基础的迅速发展,输送管道作为饮用水,油气和化工行业原料储存和长距离运输的重要工具,其铺设长度也逐年增长。目前国内油气管道储运技术虽已较为完善,但在现实应用中仍然存有许多问题,其中腐蚀和机械损坏仍然是管道运行期间的重大威胁。根据欧洲天然气管道事故数据组的数据,管道腐蚀损坏导致的故障率已达到了27%,另一方面,我国供水系统每年因为腐蚀所造成的损失大概为231亿元。若这些问题长期得不到有效治理,将对管道系统的安全和可靠性产生不良影响,不仅会导致经济损失,也会对生态环境造成影响。因此提高管道内壁的防护性能有着重要的意义。现有的管道内壁防护工艺主要有:喷涂环氧涂层、电化学沉积、热浸镀、内衬套管等,但是实际应用中仍存在一定局限性,比如:结合力低、高温性能衰减、受限于镀槽长度、衬套间隙等问题。相比之下,电刷镀具有设备简单、无镀槽、镀速快、附着力好等优点,然而电刷镀工艺在管道内壁防护工艺中的应用却鲜有报道。另一方面,在电刷镀过程中加入纳米AlO,可以有效改善沉积层的防护性能。针对上述情况,本文提出采用电刷镀工艺在管道内壁制备Ni沉积层及Ni-AlO纳米复合沉积层,并对沉积工艺及沉积层性能进行了研究。主要研究内容如下:（1）针对管道内壁特殊的施镀环境,对传统的电刷镀工艺和镀液配置进行了优化。在管道内壁进行了Ni沉积层的试镀实验,对所得沉积层进行性能评价的同时,与市售的镀锌钢管内壁镀层性能相比较。该研究验证了采用电刷镀工艺在管道内壁制备沉积层的可行性,为后续研究中的工艺及镀液配置奠定了基础。（2）为进一步优化管道内壁Ni沉积层的性能,提高管道内壁的防护性能。本文研究了工作电压对管道内壁电刷镀Ni沉积层性能的影响。结果表明,在工作电压为12V时,所制备的沉积层性能最好,显微硬度最高为575.8 HV,腐蚀电流密度为1.040×10A·cm,腐蚀速率0.122 mm·a,最大弹性回复比h/h为0.36,沉积层抗变形能力最佳。沉积层在具有较高硬度和抗变形能力的同时具有最佳的耐腐蚀性。（3）为进一步提高管道内壁沉积层性能,在电刷镀工艺制备管道内壁Ni沉积层的基础上,向Ni镀液中加入纳米AlO,研究不同工艺参数对Ni-AlO纳米复合沉积层性能的影响。通过改变工作电压、刷头转速、AlO添加量,设计三因素三水平正交试验。以沉积层耐腐蚀性为指标,通过对正交实验得到的各组Ni-AlO纳米复合沉积层进行表面形貌、Al元素含量、截面形貌、沉积速率、硬度、耐腐蚀性以及弹塑性分析,得出最优的工艺参数为:工作电压14 V、刷头转速260 r/min、AlO添加量60 ml/L。以试样H-9为例,与管道内壁Ni沉积层相比较。管道内壁Ni-AlO纳米复合沉积层的硬度达到了649.8 HV,腐蚀电流密度为2.580×10A·cm,腐蚀速率为0.030 mm·a,弹性回复比h/h为0.41。纳米AlO的加入,显著提高了管道内壁Ni沉积层的综合性能。进一步提高了管道内壁电刷镀沉积技术对管道内壁沉积层的增强作用以及对管道内壁的防护性能。

关键词：电刷镀工艺纳米复合沉积层工作电压管道内壁耐腐蚀性

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