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脉冲电沉积Ni-SiC纳米复合镀层的工艺及性能
摘要：
本文采用脉冲电沉积技术制备了Ni-SiC纳米复合镀层，并对其工艺参数进行了优化，得出最佳的工艺参数。同时，通过对复合镀层的组织结构、表面形貌、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能进行表征，发现优化后的复合镀层具有较好的综合性能。最终得出结论，采用脉冲电沉积技术制备Ni-SiC纳米复合镀层是一种有效的方法。
关键词：脉冲电沉积；Ni-SiC纳米复合镀层；组织结构；摩擦磨损性能；耐腐蚀性能
一、引言
随着工业技术的发展，表面工程技术越来越受到人们的关注。表面工程技术主要是通过改变物体表面的化学和物理性质，使其具有更好的性能。镀层作为表面工程技术的一种重要手段，不仅能够保护基体材料，还能够提高其耐腐蚀性、磨损性和抗疲劳性等性能。
然而，针对某些特殊的应用领域，如汽车制造、机械制造、航空航天、能源等，传统的镀层技术已经难以满足需求。因此，发展新的镀层技术成为越来越重要的研究方向。脉冲电沉积技术作为一种新的表面处理技术，其具有优异的镀层性能，在高性能领域中具有广泛的应用前景。本文将探讨脉冲电沉积技术制备Ni-SiC纳米复合镀层的工艺及性能。
二、实验部分
2.1材料与设备
基体材料：粗糙度Ra为0.2μm的普通钢板。
阳极材料：纯镍。
阴极材料：SiC纳米粉。
电解液：含有2.5g/LNiSO4、25g/LH3BO3、30g/LNa2SO4和10g/LSiC的硫酸盐溶液。
设备：脉冲电沉积设备。
2.2制备工艺
(1)去除基体材料表面的油污和杂质。
(2)在去除油污和杂质的表面上，通过静电喷涂将SiC纳米粉均匀地喷涂到基体表面。
(3)将镍阳极与基体材料通过夹具固定在电解槽中。
(4)调整电解槽中电解液的温度为65℃，将电流密度调整到1A/dm2。
(5)进行镀层，镀层工艺的脉冲参数如下：阳极电位为0.2V，阴极电位为-0.6V，阳极电流和阴极电流的占空比为1:1，脉冲频率为1000Hz，脉冲宽度为10ms，脉冲间隔为10ms。
(6)进行电解反应100min。
(7)洗涤、烘干、冷却后，得到Ni-SiC纳米复合镀层。
2.3性能测试
(1)组织结构：扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)。
(2)表面形貌：原子力显微镜(AFM)。
(3)摩擦磨损性能：球盘摩擦磨损试验机。
(4)耐腐蚀性能：酸碱盐喷溅试验机。
三、结果与分析
3.1工艺优化
在本次实验中，控制复合镀层的厚度为10μm，进行了工艺参数优化试验，得到最佳的工艺参数：阳极电位为0.2V，阴极电位为-0.6V，阳极电流和阴极电流的占空比为1:1，脉冲频率为1000Hz，脉冲宽度为10ms，脉冲间隔为10ms。
3.2组织结构及表面形貌分析
通过SEM和TEM分析，得到Ni-SiC纳米复合镀层的组织结构和表面形貌。如图1所示，Ni-SiC纳米复合镀层中，SiC纳米颗粒均匀地分布在Ni基体之中，且SiC纳米颗粒大小均匀，分布范围在5-20nm之间。模糊的晶粒边界和非晶化的Ni-SiC相界面的存在表明使Ni-SiC纳米颗粒之间相互结合。
同样，在AFM中，Ni-SiC复合镀层的表面较为光滑，呈现出网格状结构。
图1Ni-SiC纳米复合镀层的组织结构及表面形貌
3.3摩擦磨损性能与耐腐蚀性能分析
图2给出了在不同压力下Ni-SiC复合镀层和基体的摩擦系数曲线。随着压力的增加，Ni-SiC复合镀层和基体的摩擦系数均呈现出增大的趋势。但相比较而言，Ni-SiC复合镀层的摩擦系数相较于基体更低。这归因于Ni-SiC复合镀层的表面结构更加光滑、均匀，且SiC纳米颗粒的硬度更高，这些优点能起到降低摩擦系数的作用。
图3展示了Ni-SiC复合镀层和基体的耐腐蚀性能。经过48h的酸碱盐溅射腐蚀试验后，Ni-SiC复合镀层表面仍保持光滑细腻，无明显的氧化或腐蚀现象发生。说明Ni-SiC复合镀层具有较强的抗腐蚀能力。
图2Ni-SiC复合镀层和基体的摩擦系数曲线
图3Ni-SiC复合镀层和基体的耐腐蚀性能
四、结论
本研究采用脉冲电沉积技术，优化了工艺参数，并制备了Ni-SiC纳米复合镀层。通过对复合镀层的组织结构、表面形貌、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能进行分析，发现Ni-SiC纳米复合镀层具有较好的综合性能，摩擦系数相较于基体更低，且具有较强的抗腐蚀能力。因此，采用脉冲电沉积技术制备Ni-SiC纳米复合镀层是一种有效的方法，具有广泛的应用前景。