毕业设计我帮你

增强Ni–CeO2纳米复合镀层硬度和耐磨性能


试验
一个70x60x3毫米的不溶性铂板被用作阳极，一个70x60x3毫米的不锈钢板作为阴极。在表1中概述用于复合电铸实验的成分。为了保证纳米颗粒的均匀分散，在沉积过程之前，电解液从槽中抽出放置120分钟。
通过改变沉积时间，每个样品的沉积厚度为50毫米。采用扫描型电子显微镜对镀层的表面形貌进行了研究，并通过X射线衍射分析了镀层的择优取向。通过能量色散谱分析，确定了沉积中嵌入颗粒的比例。硬度测试仪是用来测量涂层的显微硬度，反球是由404l不锈钢用半径8 mm和63 HRC硬度制成。实验参数如下：4.98 N载荷，相应的最大接触应力零压，这是大致采用赫兹接触理论估计，频率2.5Hz，10分钟时间，所有实验均在室温下运行无润滑。纳米压痕（G200、安捷伦、美国）是用来评估的弹性模量。最大作用力的值为1000mN。弹性模量值在卸载段奥利弗和Pharr的使用方法开始从负载–位移曲线。
结果
每层CeO2颗粒含量
图3显示的是在NI–CeO2的10，30和50克L的浓度电流密度对复合镀层中加入NI–CeO2含量的影响，加入CeO2颗粒含量由相应的测定样品从能谱分析CE含量计算CeO2质量分数。加入CeO2含量的复合涂层降低为10，30和50克L的纳米颗粒浓度增加。对于一个给定的电流密度、复合镀层中NI–CeO2含量将在30 gL纳米颗粒的浓度最大 。最大颗粒掺入量时，观察到在纳米复合涂层沉积的纳米颗粒浓度为30克，电流密度为1 A dm。
涂层的形貌和择优取向
对加入NI–CeO2含量对涂层表面形貌的影响如图4所示。图4a显示没有纳入NI–CeO2金字塔结构时获得的镀层。 图4b显示半球形结构在加入1wt-%CeO2观察到的涂层。在加入CeO2含量的增加，晶粒细化，晶粒尺寸分布更均匀。在复合电镀工艺，其电结晶随CeO2颗粒嵌入涂层，有利于表面形貌良好的细颗粒的复合材料的产出。图4f显示在图4E Ce元素的映射，展示了CeO2在纳米复合镀层的均匀分布，可以得到ni–CeO2。
 
 
 
图5所示的XRD图谱显示了电沉积ni–CeO2纳米复合镀层的CeO2颗粒含量。CeO2颗粒含量不同对于纯镍，相对强度（200）的方向是占主导地位。对于含有3·94wt-%纳米粒子的复合涂层，相对强度（200）的方向仍然是占主导地位，虽然它显示掺入的纳米颗粒的含量降低。但是随着纳米颗粒的含量增加到4·93wt-%，相对强度（111）方向是大于其他方向。此外，相对强度的（111）的方向成为占主导地位，纳米颗粒含量增加至7·03wt-%
涂层显微硬度
 
 
图6A显示涂层的显微硬度和涂层中的电沉积含量的关系。CeO2颗粒含量高达7·03wt-%涂层的显微硬度增大。纯镍的硬度为291 HV，而7·03ceo2加入Ni–CeO2纳米复合镀层的观察涂层的最大硬度为630 HV。有趣是，观察镍–CeO2复合涂层16wt-% CeO2微粒含量，尺寸为3微米，硬度只有470 HV。
这表明，加入NI–CeO2对显微硬度的影响大于CeO2微粒。 加入4·06wt-% ceo2纳米复合镀层硬度仅为446 HV，这表明改性SCD技术制备的镍–CeO2纳米复合镀层的硬度报告是有意义，因为加入纳米粒子含量最大。 可以用硬度与弹性模量的比值，对涂层的磨损性能进行评价。图6b显示在H/E加入NI–CeO2涂层的影响。
值得注意的是，H/E随涂层中的电沉积的CeO2含量上升，说明涂层中的电沉积CeO2含量增加可以增强耐磨性。 
涂层耐磨性
为了进一步研究涂层的磨损性能，在光负载条件下进行了磨损实验研究。图7显示了摩擦系数和涂层中的电沉积CeO2含量的关系。结果表明，镍–CeO2电沉积复合涂层的摩擦系数比纯Ni镀层低。 纳米复合材料涂层的摩擦系数随加入CeO2颗粒含量的增加而降低，具有最低的摩擦系数，0·07。显然大概在5·04wt-% CeO2含量时摩擦显著变化。图8显示了加入CeO2颗粒含量对复合镀层的磨损量的影响，随着CeO2颗粒含量的增加从而减少。 纯镍镀层的表面磨损和Ni的CeO2复合镀层–不同掺CeO2颗粒含量如图9所示。图9显示，观察磨损开裂和剥落纯镍镀层的表面形貌。剥落的痕迹，减少的宽度和深度，还可以减小对镍–CeO2复合涂层的结合5ceo2纳米粒子表面的磨损，当加入NI–CeO2的含量从1wt-%提高到7wt-%，剥落痕迹的宽度明显减小。
结论
据kurozaki的复合电沉积理论，CeO2纳米颗粒输送到亥姆霍兹的双层重力数，运送到电泳阴极表面，吸附在阴极表面的库仑力与镀液的颗粒含量的增加而增加的增量。可以得到结果，加入复合涂层的CeO2含量增加。然而，在电解槽中的浓度为50克纳米粒子，被运送到亥姆霍兹的双层的纳米颗粒的数量减少，因为在纳米粒子之间的碰撞，导致在一定数量的纳米颗粒吸附到阴极表面，涂层中的纳米颗粒的数目减少。许多研究人员已经报道了在复合电沉积出现的类似现象。值得指出的是，报告的结果，改进的SCD技术可以产生最大含量的镍–CeO2结合颗粒纳米复合镀层。 NI–CeO2从电解质的阳离子吸引到阴极表面抑制晶粒的进一步增长，这有助于形成（111）择优取向。然而，NI–CeO2吸引到阴极表面不足以影响所有的粒铁合金，所以（200）择优取向也存在。因此，四种类型的优选取向，（111），（200），（220）和（311）都发生在纳米复合涂层中。 纳米复合镀层的显微硬度与晶粒细化、择优取向的变化、结构中的纳米颗粒的存在有着密切的关系。 本实验表明，4·23wt-%ceo2纳米复合涂层的择优取向是一样的，7·07wt-%ceo2相同，但4·23wt-%ceo2纳米复合镀层的显微硬度比7·07wt-%ceo2明显缩小。 因此，显微硬度的变化是密切相关的择优取向时，加入NI–CeO2含量足够高。1CeO2纳米复合材料涂层的显微硬度低于3·03ceo2，虽然他们都有几乎相同的晶粒尺寸，如图4b所示，因此，引入纳米粒子含量是提高纳米复合镀层的硬度的关键。择优取向，加入涂层的纳米颗粒的含量，晶粒尺寸已被证明与摩擦是相关的。在本实验中，如图5b和C所示，大约5g L的CeO2纳米复合镀层的的择优取向变化明显。相反，其相对强度（200）取向的主导，相对强度（111）方向比其他方向每分时CeO2颗粒的重量为5g 在本实验中，在5B和C所示，大约5g/l的CeO2纳米复合镀层的变化明显的择优取向。相反，其相对强度（200）取向的主导，相对强度（111）方向比其他方向每分时CeO2颗粒的重量为5g。也证明了氧化锌的低摩擦涂层是由晶体的择优取向的优化合成。纳米复合涂层的耐磨性的变化主要是由加入的颗粒含量决定，由于分散颗粒强度发生。因此，NI–CeO2的含量增加复合镀层耐磨性增加。提出的改进SCD技术不仅应用于镍–CeO2纳米复合涂层的制备，但也有其他金属基复合涂层，如镍–Al2O3、SiC Cu–，尼科–ZrO2，等。
 
 
 
结论
本文提出了一种改进的SCD技术已被开发，Ni–CeO2纳米复合镀层具有高的CeO2颗粒含量。在电流密度1A dm和30g/L克的CeO2颗粒电解液中，纳米复合涂料中的CeO2颗粒含量最高为7·09wt-%，观察到最大硬度630 HV，这是明显高于使用常规的电沉积技术。这是报道最多的镍–CeO2纳米复合镀层。此外，镍–CeO2纳米复合镀层的CeO2含量最高，具有最好的耐磨性。