摩擦辅助电沉积纳米晶镍钴合金镀层制备方法与性能强化机制

In the electrodeposition process, by constant rubbing surface of the cathode with mechanical force, the friction-assisted electrodeposited nanocrystalline nickel-cobalt alloy technology can prepare the substitution of hard chrome coating with nickel-cobalt alloy plating liquid of simple ingredients. This project does the comparative study of the diffusion, polarization, deposition rate, coating morphology, microstructure and mechanical properties of the electrodeposition process under different conditions, presence or absence of mechanical friction force and different kinds of mechanical force friction. So as to reveal basic rules of mechanical friction effecting electrodeposition procedure and mechanism of the influence of coating performance, to establish the mathematical model of influence of mechanical friction force to electron diffusion in solid-liquid interface, microstructure and mechanical properties. It prepares coatings with specific organizational structure and properties, using mechanical friction forces, and provides a new technology to prepare coating with high-performance to replace hard chrome coating, improving alloy plating process.

在电沉积过程中，引入机械外力不断摩擦阴极表面，开发的摩擦辅助电沉积镍钴合金技术可利用成分简单的镍钴合金镀液制备出耐磨性和耐腐蚀性达到代替硬铬镀层使用的镀层。本项目旨在研究在电沉积过程中机械外力对固液界面的金属离子扩散、电沉积结晶形核和长大等过程产生的影响，对比研究有无机械外力和不同机械外力作用下电沉积过程的扩散、极化、沉积速度、镀层形貌、微观组织结构、力学性能等一般规律，从而揭示机械摩擦对电沉积过程影响的规律和提高镀层性能的机制，建立机械摩擦外力对固液界面离子扩散、微观组织和力学性能影响的数学模型，研究利用机械摩擦外力制备特定组织结构和性能镀层的可能性，为改进合金电镀工艺，制备高性能代替硬铬镀层提供一种新技术。

摩擦辅助电沉积技术是在电沉积过程中，引入机械外力不断摩擦阴极表面一项新技术。本项目针对常规电沉积技术成分复杂、镀层性能有限等缺点，开发一种摩擦辅助电沉积Ni-Co纳米晶镀层技术，利用成分简单的镀液制备出性能优异的镀层，并探索代替硬铬镀层应用。摩擦辅助电沉积Ni-Co合金纳米晶镀层，镀液中硫酸钴的加入量在0~20g/L范围内的增加，镀层表面形貌更加平整，硬度增大；电流密度在5~25A/dm2范围内逐渐增大时，镀层的表面形貌先平整而后粗糙，硬度下降。镀层硬度最大为735HV，略低于硬铬镀层，但镀层的耐磨性和耐腐蚀性优于硬铬镀层。在沉积过程中，刷板直接摩擦阴极表面，提高镀层表面质量，改变择优取向，增加形核率，细化组织晶粒。摩擦辅助电沉积Ni-Co合金纳米复合镀层的沉积速度随着镀液中纳米颗粒浓度的增加变慢，随着纳米颗粒含量增大，表面质量先变好后变差，加入量为20g/L时，镀层表面质量最好。合金纳米复合镀层的硬度最高可达960HV，高于硬铬镀层，同时抗剪切结合强度、耐磨性和耐腐蚀性优于硬铬镀层。沉积过程中纳米颗粒能增加阴极表面的形核点，阻碍枝晶的生长，倾向于得到电子，在镀层中弥散分布，与基质金属结合紧密，复合镀层的强化机理主要是细晶强化和弥散强化。研制了便携摩擦辅助电沉积装置提高了劳动效率，保证了镀层质量。实现了军事装备火箭橇钢轨和滑块的摩擦辅助电沉积镀层制备。