喷射电沉积技术制备Co-Cr_3C_2复合镀层的工艺优化

为提高微米级硬质陶瓷颗粒在金属基复合镀层的含量,制备性能优异的防护性镀层,采用喷射电沉积的方法在直流电压下制备了Co-Cr_3C_2复合镀层,利用控制变量法探讨了电流密度、固体颗粒用量、镀液流量以及喷枪移动速度等对镀层中颗粒含量及镀层性能的影响,并分析了各因素的影响机理。同时,分别采用能谱仪、显微硬度计和摩擦磨损试验机对复合镀层的成分、硬度和摩擦因数进行分析,最终确定了制备该复合镀层的较优工艺参数。结果显示:喷头移动速度对颗粒复合量的影响最为显著;颗粒复合量越大,复合镀层硬度越高、摩擦因数越低;在较优工艺参数下制备的Co-Cr_3C_2复合镀层的Cr_3C_2颗粒含量高达23.6%。     

回转体类零件表面喷射电沉积Ni-P-ZrO2镀层的工艺研究

为保护在恶劣工作环境下工作的回转体零件,提高其表面显微硬度是一个有效的保护手段。针对回转体类零件表面Ni-P-ZrO_2镀层的显微硬度进行多变量工艺参数研究。采用JMP软件对喷射电沉积加工工艺进行试验研究,探究了电流、镀液温度、阴极回转速度以及镀液流速对显微硬度的影响,通过预测刻画器可得出镀层显微硬度最大值为756.56 HV,对应的最佳工艺参数为电流0.4 A,镀液流速3.91 m/s,阴极转速6.32 r/min,镀液温度60.93℃,该参数下制得的镀层硬度为737.74 HV,且镀层表面结构致密光滑,镀层质量优良,可为回转体类零件的镀层制备提供参考。     

高速喷射电沉积镍工艺研究

利用自行研制的高速喷射电沉积装置电沉积镍。研究了电流密度与沉积速率的关系,并将所得沉积层与槽镀沉积层进行比较。结果表明：采用此装置,允许使用的极限电流密度及沉积速度均增大,所得沉积层硬度值（Ｈｖ）比一般槽镀层高出２００左右,镀层生形态由枝晶生长转变为柱状生长。     

射流电沉积镍中晶体形态的可控生长

利用分形理论编程模拟了射流电沉积中沉积几率较小时粒子簇的生长形貌。基于模拟的原理,利用摆动射流电沉积改变了枝晶的树枝状分形生长特性,制备不同电流密度、摆动速度、NiSO4浓度和电解液温度时的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明:随着电流密度的增大,枝晶簇开始由分形生长形态向多孔交织形态转变,分形维数也随之增大。随着摆动速度的减小,枝晶簇向致密、均匀的多孔交织形态转变明显,分形维数逐渐增大。NiSO4浓度较小时,枝晶簇的分枝较多,形貌较为致密;NiSO4浓度最大时,气泡的析出量大大减少,枝晶簇的分枝显著减少,难以形成多孔交织的组织;分形维数随NiSO4浓度的变化先增大后减小;电解液温度的升高使枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数逐渐增大。     

金属镍枝晶射流电沉积中的可控生长

将分形理论引入到射流电沉积中,编程模拟了不同沉积几率时枝晶的生长形貌。基于模拟的原理,利用摆动射流电沉积,使金属离子更容易到达已沉积枝晶簇的内部而沉积,改变了枝晶的树枝状分形生长特性,制备了不同射流速度和电解液温度下的二维多孔交织的金属镍枝晶簇。结果表明：沉积几率的减小,使粒子簇的形貌转变为致密的多孔交织的组织。在摆动射流电沉积中,射流速度的增大,使枝晶簇的孔隙增大、组织均匀,多孔交织的形态更为明显。射流速度最大时,枝晶簇的形貌再次呈现致密型。分形维数随射流速度的增大逐渐减小。电解液温度的升高,使枝晶簇的形貌向致密型转变,分形维数逐渐增大。     

基于COMSOL的电喷镀阳极喷嘴设计研究

为了缩短阳极喷嘴研制周期,按液体湍流建立加工区域流场的数学模型,并按照“电镀,移动网格”建立二次电镀的数学模型,根据电喷镀加工工艺参数设置边界条件,采用COMSOL Multiphysics软件对加工区域进行数值模拟,分析加工区域流场分布及电场分布对实际加工的影响,并模拟不同时刻阴极生长的轮廓曲线,最终确定较好的阳极喷嘴设计方案。结果表明,底端圆弧状的阳极喷嘴获得的沉积层效果较好,计算机模拟结果与工艺试验结果一致。     

射流速度对点阳极电沉积二维镍枝晶分形生长影响的数值模拟

基于有限扩散凝聚模型(DLA)建立了圆形电解池点阳极喷射电沉积枝晶分形生长的模型,模拟射流速度对点阳极电沉积二维镍枝晶分形生长的影响;采用圆形电解池点阳极射流电沉积方法制备了不同射流速度下的金属镍枝晶簇,并与模拟结果进行了对比。结果表明:模拟结果与试验结果具有一定的相似性;随着射流速度的增加,沉积产物金属镍枝晶的形貌均逐渐致密,因此利用此模型模拟射流速度对点阳极电沉积枝晶分形生长的影响是可行的;气泡对镍枝晶的生长行为具有显著影响。     

枝晶形态逐层引导控制技术

在采用摆动射流电沉积实现枝晶二维可控交织生长的基础上,利用扫描摆动射流电沉积,逐层引导枝晶在扫描方向上交织生长,在不同摆动次数和扫描步进步长时制备三维多孔的金属组织,并对其形态变化进行分析,同时建立枝晶逐层引导生长模型。结果表明:不同摆动次数和步进步长时,枝晶生长形态的变化验证了该枝晶逐层引导生长模型的正确性;摆动次数较小时,相邻枝晶难以对接、交织;摆动次数较大时,相邻枝晶水平交织处的分支较为粗大;随着步进步长的增大,多孔金属组织的孔隙逐渐增大。通过调节各种工艺参数和控制条件,可以方便地实现对多孔金属组织形态的控制。     

喷射电沉积中镍枝晶分形生长的数值模拟

基于有限扩散凝聚(DLA)模型建立了平行板电极喷射电沉积的模型,实现了对平行板电极喷射电沉积不同生长阶段的模拟;并以平行板金属镍为阳极,石墨板为阴极,制备了二维的金属镍枝晶簇,并将模拟结果与试验结果进行了对比。结果表明:在石墨基体上制备的镍枝晶簇与计算机模拟的结果非常相似,利用此模型模拟平行板电极喷射电沉积中枝晶的分形生长是可行的。     

用脉冲喷射电沉积法制备纳米晶镍镀层

采用脉冲喷射电沉积方法制备了纳米晶镍镀层,用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究了镀层的生长形貌和微观结构,并考察了脉冲电流密度对镀层微观结构如晶粒尺寸、织构等的影响.结果表明:镀层内表面(基体一侧)具有比外表面(镀液一侧)更为精细的晶粒结构,说明随着厚度的增加,镀层中的晶粒逐渐粗化.随着电流密度从45 A/dm2增加到180 A/dm2,镀层中晶粒生长的择优取向由(111)织构逐渐转变为强(220)织构.当电流密度从45 A/dm2增加到120 A/dm2时,镀层平均晶粒尺寸逐渐减小;而进一步增加电流密度到180 A/dm2,镀层晶粒尺寸又会有轻微的增大.