本文選題：柔性摩擦　切入點(diǎn)：電沉積　出處：《東北大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：傳統(tǒng)電沉積技術(shù)以其低成本和工藝易控等經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在功能性鍍層制備等方面得到了廣泛的應(yīng)用。然而,受極限電流密度限制以及水溶液中陰極析氫、雜質(zhì)吸附、尖端放電等因素影響,鍍層沉積速度較慢,結(jié)晶通常較為粗大,且容易出現(xiàn)針孔、麻點(diǎn)和結(jié)瘤等缺陷,因而其生產(chǎn)效率、質(zhì)量和性能不高。為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對(duì)電沉積產(chǎn)品效率、質(zhì)量和性能等要求,本文提出了一種具有普遍意義的柔性摩擦輔助電沉積技術(shù),即在金屬的電沉積過(guò)程中,通過(guò)一定強(qiáng)度和韌性的柔性介質(zhì)周期性摩擦陰極表面。采用該技術(shù)在不含添加劑的Watts鍍液中開(kāi)展了電沉積納米晶鎳鍍層的制備工藝、形成機(jī)制、柔性摩擦作用機(jī)制以及鍍層性能研究工作�；诖思夹g(shù)、工藝和原理,構(gòu)建了自動(dòng)化柔性摩擦輔助電沉積系統(tǒng),并探索了其在再制造產(chǎn)業(yè)化中的應(yīng)用。開(kāi)發(fā)出柔性摩擦輔助電沉積試驗(yàn)裝置和技術(shù),并優(yōu)化了電沉積納米晶鎳鍍層的制備工藝。在12 m/min的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和50℃的溫度下,采用30%陰極覆蓋度的生物鬃摩擦介質(zhì),制備了平整致密的納米晶鎳鍍層。該納米晶鎳鍍層具有(111)擇優(yōu)取向,平均晶粒尺寸在20～30 nm之間,表面粗糙度在0.05μm左右,硬度在470～500 HV之間。無(wú)摩擦電沉積鎳鍍層的初期生長(zhǎng)機(jī)制為V-W模式,存在外延細(xì)晶生長(zhǎng)；形成過(guò)程以柱狀粗晶方式生長(zhǎng)為主。柔性摩擦輔助電沉積鎳鍍層的初期生長(zhǎng)機(jī)制為F-M模式,很少觀察到外延生長(zhǎng)；形成過(guò)程以層狀納米細(xì)晶方式生長(zhǎng)為主。柔性摩擦行為改善了電沉積鎳鍍層的組織結(jié)構(gòu)。柔性摩擦通過(guò)提高晶體形核率,增加吸附原子總數(shù)、抑制吸附原子擴(kuò)散和打破吸附原子聚集生長(zhǎng)作用將晶粒尺寸細(xì)化到納米尺度；通過(guò)弛豫結(jié)晶原子間的高界面張力和降低高界面能,增加了納米孿晶密度；通過(guò)周期性抑制尖端放電和擾動(dòng)低凹部位生長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)了柱狀晶向?qū)訝罹ЫY(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。此外,柔性摩擦通過(guò)壓縮擴(kuò)散層厚度,驅(qū)除陰極表面吸附雜質(zhì)、氫氣泡、氧化膜以及促進(jìn)金屬離子在“谷”處放電生長(zhǎng)等作用,實(shí)現(xiàn)了允用電流密度提高、驅(qū)氫除雜、活化電極表面和整平鍍層。前處理工序中的柔性摩擦活化了基體表面,強(qiáng)化了鎳鍍層與基體界面間的化學(xué)鍵合和機(jī)械嵌合。與無(wú)摩擦電沉積鎳鍍層的柱狀晶相比,柔性摩擦輔助電沉積鎳鍍層的層狀結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)展路徑,使得腐蝕過(guò)程逐層進(jìn)行,增加了其耐蝕性。納米晶鎳鍍層具有更高的硬度、彈性模量和硬模比,提升了其耐磨性。鍍態(tài)和退火態(tài)形成的納米孿晶結(jié)構(gòu),降低了晶粒生長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力,改善了其熱穩(wěn)定性；鍍層硬度高于粗晶鎳和Hall-Petch關(guān)系預(yù)測(cè),其強(qiáng)化機(jī)理為細(xì)晶強(qiáng)化和孿晶強(qiáng)化。在上述技術(shù)、工藝和理論認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上,結(jié)合具體軸類件,研發(fā)出臥式自動(dòng)化柔性摩擦輔助電沉積系統(tǒng)。該系統(tǒng)解決了鍍筆清洗、鍍液循環(huán)利用、處理液的自動(dòng)分液和回收等難題。通過(guò)程序控制界面輸入待修復(fù)工件尺寸和電沉積工藝參數(shù),可實(shí)現(xiàn)電沉積全程自動(dòng)化。應(yīng)用自動(dòng)化柔性摩擦輔助電沉積系統(tǒng)成功再制造了腐蝕／磨損失效的行星輪架,工藝過(guò)程可控,所獲鍍層質(zhì)量完整可靠。該系統(tǒng)在軸類件再制造中具有重大應(yīng)用和推廣價(jià)值。
[Abstract]:In order to meet the requirements of high efficiency , quality and performance of electro - deposition nanocrystalline Ni coating in the process of electrodepositing metal , this paper presents a kind of flexible friction auxiliary electrodeposition system , which is characterized by high efficiency , quality and performance .
The initial growth mechanism of the flexible friction - assisted electrodeposition nickel coating is F - M mode , and the epitaxial growth is rarely observed .
The formation process is mainly grown in the form of layered nano - fine crystal . The flexible friction behavior improves the microstructure of electrodeposited nickel coating . The flexible friction improves the crystal nucleation rate , increases the total number of adsorbed atoms , inhibits the diffusion of adsorbed atoms and breaks the aggregation and growth of the adsorbed atoms , and the grain size is thinned to the nano - scale ;
By relaxing the high interfacial tension between the crystal atoms and reducing the high interfacial energy , the nano - twin density is increased ;
The invention realizes the transformation of the columnar crystal to the lamellar crystal structure by periodically inhibiting the growth of the tip discharge and the disturbance low - concave part .
A horizontal automatic flexible friction auxiliary electrodeposition system is developed based on the technical , technological and theoretical knowledge .

【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ153

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