铝合金表面Ni-P-β-SiC化学复合镀层制备及应用

随着铝合金应用的快速发展,其硬度低、耐磨性差、易发生晶间腐蚀等缺点限制了其更广泛的应用。作为一种新型的表面处理方法,化学复合镀赋予铝合金高耐磨、耐腐蚀性能。因此,Ni-P-β-SiC复合镀层已成为国内外学者广泛关注的又一研究重点。
　　本文通过化学复合镀工艺在铝合金表面制备Ni-P-β-SiC复合镀层,并通过光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X-ray衍射仪(XRD),研究了Ni-P-β-SiC复合镀层的微观形貌和组织结构。采用WS-2005型涂层附着力划痕实验仪来定量测量镀层的结合强度,研究了浸锌工艺中各参数对镀层结合强度的影响。采用EM-1500L型显微维氏硬度计、HT-1000型球盘式高温摩擦磨损试验机研究测试了Ni-P-β-SiC复合镀层的硬度和干摩擦磨损性能,得出结论如下:
　　(1)通过铝合金活塞上化学镀Ni-P-β-SiC复合镀层得出最佳酸镀液配方和工艺参数。此外,滚动复合镀被证实可以实现复杂构件表面形成均匀的复合镀层。检测报告表明,采用本文中的镀液配方和工艺参数所获得Ni-P-β-SiC复合镀层与基体结合良好,β-SiC均匀分布,镀层厚度约为30μm,硬度为565HV。
　　(2)通过正交试验,研究了浸锌工艺各参数对镀层与基体结合强度的影响规律,结果表明氧化锌对结合强度的影响最为明显。
　　最终获得了最佳浸锌工艺为:A2B2C0D1E3,即氧化锌45g/L,氢氧化钠270g/L,氯化铁1.4g/L,酒石酸钾钠14g/L,一次浸锌时间20s,退锌时间10s,二次浸锌时间40s,获得的Ni-P镀层的结合力为23.5N。
　　(3)采用优化后工艺制备的Ni-P/Ni-P-β-SiC镀层,对其微观形貌、成分及相结构进行观察和分析,结果表明镀层为非晶态结构,并且为中磷镀层。镀层界面与铝合金基体界面,结合良好。β-SiC加入到镀层中提高了镀层的硬度,随着镀层中碳化硅粒径的增大,复合镀层的硬度增高,w2.5Ni-P-β-SiC镀层硬度高达617HV0.05。
　　(4)通过对镀层磨损量、摩擦系数、磨损形貌观察分析,可知,β-SiC添加到Ni-P镀层使之硬度和耐磨性提高。其中w1.5和w2.5Ni-P-β-SiC复合镀层耐磨损性能较好,而w0.5Ni-P-β-SiC复合镀层耐磨性较差。