磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响

目的研究有无磁场条件和垂直、平行两种磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响。方法以45#钢作为基体,采用脉冲电沉积和磁场-脉冲电沉积法成功制备Ni-ZrO2纳米复合镀层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)观察纳米复合镀层的表面形貌、微观结构和表面粗糙度,利用显微硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机对纳米复合镀层进行显微硬度、结合力和摩擦磨损性能等力学性能研究。结果相同工艺条件下,垂直磁场-脉冲电沉积条件制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层的晶粒形状为金子塔状,镀层表面粗糙度有所改善,复合镀层显微硬度值最高,为370HV。平行磁场-脉冲电沉积条件下制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层表面平整,均匀致密,复合镀层中Zr的质量分数为8.27%,表面粗糙度Ra和Rq值分别为82nm和105nm,镀层结合力为337N,磨损量低于其他两种镀层的磨损量。结论施加磁场后,在磁场MHD效应作用下,纳米复合镀层表面形貌平整,均匀致密,显微硬度提高,并且与基体结合性能和耐磨性都优于无磁场条件下制备的纳米复合镀层。平行方向磁场对Ni-ZrO2纳米复合镀层的力学性能有更明显的促进作用。

Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层的组织及摩擦性能研究

以40Cr钢为基体,用磁场-脉冲电沉积法制得Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层。用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)观察镀层表面形貌和微观结构并分析元素组成,用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机对镀层进行纳米压痕硬度和摩擦磨损性能研究。结果表明:无磁场时制得镀层间隙较大、晶粒团簇生长,Al_(2)O_(3)纳米颗粒呈不规则的几何形状散落在镀层中。0.2 A/m时制得镀层形貌光滑平整、组织致密,Al_(2)O_(3)纳米颗粒呈球形紧密吸附在Ni离子周围,此时镀层纳米压痕硬度最高,为6.26 GPa,磨损量最低,为0.3 mg。晶粒生长优选取向为(111)、(220)和(200)平面。磁流体动力学效应可消除自然对流影响,并增强离子传质速率,提高镀层的硬度和耐磨性能。磁化能可加快位错向摩擦表面运动,促进摩擦表面氧化,使磨屑细化和氧化,利于增强摩擦副的摩擦学性能。Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层的磨损机理为黏着磨损。