發布時間：2021-05-19所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：以鍍液pH值、鍍液溫度、鍍液中納米SiC添加量為試驗參數，進行三因素五水平二次正交旋轉組合試驗設計;并采用超聲波工藝分散納米微粒，研究了試驗參數對Ni-P-納米SiC化學復合鍍層的顯微硬度的影響規律。結果表明：鍍液pH=60.5，施鍍溫度為(861)℃，鍍液
摘要：以鍍液pH值、鍍液溫度、鍍液中納米SiC添加量為試驗參數，進行三因素五水平二次正交旋轉組合試驗設計;并采用超聲波工藝分散納米微粒，研究了試驗參數對Ni-P-納米SiC化學復合鍍層的顯微硬度的影響規律。結果表明：鍍液pH=6±0.5，施鍍溫度為(86±1)℃，鍍液中納米SiC濃度為3g/L時，所獲得的復合鍍層經480℃熱處理后顯微硬度可達1700HV。
關鍵詞：金屬學與金屬工藝;化學復合鍍;試驗;Ni-P合金;納米材料;SiC;顯微硬度;超聲波
0引言
化學復合鍍技術是近20年發展起來的制備金屬基復合材料的一種方法。它通過還原劑將金屬離子還原，并與鍍液中的礦物、樹脂或陶瓷等微粒共沉積而形成復合鍍層。納米材料科學的發展，給表面復合鍍層技術帶來了新的契機。將納米尺寸的不溶微粒取代微米尺寸的顆粒形成納米復合鍍層，可廣泛地應用于農業機械、拖拉機等對耐磨、防腐要求較高零件的制造和表面強化處理，如水稻插秧機插秧部件、收割機割刀、脫粒滾筒、發動機活塞環等的表面強化。為此，采用了超聲波方法分散納米微粒，探索Ni-P-納米SiC化學復合鍍層的顯微硬度與試驗參數關系，優化出最佳硬度的施鍍工藝，為納米復合鍍的研究和應用提供參考。
1材料與方法
1.1納米材料
本試驗采用的SiC納米粒子由吉林省四平市高斯達納米材料有限公司生產，具體性能：直徑為35～50mm，形貌為類球形，晶型為β型，顏色為灰色，純度>99.9%。
1.2鍍液成分
鍍液成分分配如下：
NiSO4·6H2O為20g/L;NaH2PO2·H2O為25g/L;蘋果酸為10g/L;乙酸鈉為9g/L;硫脲為1mg/L;其他成分若干。1.3基體材料
選用Q235鋼，試樣加工后，用金相砂紙磨平，然后用拋光機進行拋光，尺寸(L×W×H)為42mm×20mm×2mm。由于試樣水洗或暴露在空氣中時，其表面易形成氧化膜，這層膜阻礙了鍍層與基體之間的金屬鍵結合，影響鍍層與基體結合強度。所以，在施鍍前必須對試件進行特殊的預處理。預處理工藝流程為：化學堿液除油→蒸餾水沖洗→無水乙醇除油→蒸餾水沖洗→10%HCl活化→蒸餾水沖洗
1.4試驗裝置
分散裝置采用廣州新動力超聲電子設備有限公司生產的NP-B-33-1000型超聲波分散機。其試驗裝置如圖1所示。
1.5試驗設計
采用正交旋轉組合試驗設計方法，找出主要因素以及較優組合，尋求最優試驗參數。對每個因素取5個水平，得到各因素水平編碼如表1所示。計算得到試驗總次數n=23，試驗方案如表2所示。
1.6復合鍍層顯微硬度測定方法
采用上海第二光學儀器廠生產的小負荷維氏硬度計。測試條件按照國標GB9790-88執行：施加載荷為0.981N，加載時間為15s。
對23組正交試驗所得鍍態復合鍍層進行(480±2)℃熱處理1h，每個鍍件測試5個點硬度，然后取平均值，結果如表2所示。
2.2單因素分析
2.2.1鍍液pH值與復合鍍層硬度的關系
在復合鍍層硬度的回歸數學模型中，將鍍液溫度和納米SiC濃度固定在不同水平上，可得到關于鍍液pH值與復合鍍層硬度的一元回歸模型的關系曲線，如圖2所示。
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從圖2中可以看出，當鍍液溫度為82℃(-1.682水平)，納米粒子濃度為3g/L不變時，隨著鍍液pH值的升高，所獲得的復合鍍層經熱處理后，其硬度值明顯下降;當鍍液溫度為92℃(+1.682水平)，納米粒子濃度為6g/L時，鍍液pH值在中心點附近時，復合鍍層硬度達到最大值，之后隨著pH值升高，復合鍍層硬度下降;當鍍液溫度和鍍液中納米粒子濃度在中心點時，鍍液pH值對熱處理后的復合鍍層硬度影響規律與鍍液pH值對鍍態復合鍍層硬度的影響規律基本一致。
2.2.2鍍液溫度與復合鍍層硬度的關系
在復合鍍層硬度的回歸數學模型中，將鍍液pH值和納米SiC濃度固定在不同水平上，可得到關于鍍液溫度與復合鍍層硬度的一元回歸模型的關系曲線，如圖3所示。
從圖3中可以明顯看出，當鍍液pH值為5.5，鍍液中納米粒子濃度為3g/L時，所獲得的復合鍍層熱處理后，硬度值遠遠高于鍍液pH值，鍍液納米粒子濃度分別在0水平(4.5g/L)和1.682水平(6g/L)時的硬度值;而當鍍液pH值為6.25，鍍液中納米粒子濃度為4.5g/L時，所獲得的復合鍍層熱處理后的硬度值高于鍍液pH值和鍍液中納米粒子濃度分別在1.682水平和-1.682水平時的硬度值。
2.3兩因素交互作用對復合鍍層硬度的影響
在復合鍍層硬度的二次回歸數學模型中，將X3固定在0水平，運用reda軟件包繪出X1與X2的等硬度線，分析鍍液pH值與鍍液溫度對復合鍍層硬度的影響規律，如圖4所示。
從圖4中可以看出，鍍液pH值與鍍液溫度對復合鍍層硬度的影響的相互作用十分明顯。當鍍液pH值控制在5.8左右，施鍍溫度在87℃左右時，復合鍍層硬度出現最大值，而鍍液pH值越大，施鍍溫度越高，則復合鍍層硬度越低。
3結論
1)通過研究得到復合鍍層顯維硬度與鍍液pH值、鍍液溫度、鍍液中納米SiC添加量之間二次回歸方程，經檢驗方程顯著;
2)鍍液pH=6±0.5，施鍍溫度為(86±1)℃，鍍液中納米SiC濃度為3g/L時，復合鍍層硬度可達1700HV。——論文作者：孫勇1,2，李佳民1，張兆國1
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