材料类毕业论文碳钢化学镀镍工艺研究

XX大学毕业设计说明书学生姓名学号学院专业题目碳钢化学镀镍工艺研究指导教师职称职称20年12月5日1河南科技学院本科生毕业论文（设计）任务书题目名称碳钢化学镀镍工艺研究学生姓名所学专业学号指导教师姓名所学专业职称完成期限08年1月1日至09年5月24日一、论文（设计）主要内容及主要技术指标1、在原理上弄清化学镀与电镀的相同点和不同点，以及其应用上的不同；2、了解碳钢零件的化学镀镍原理及过程，国内外研究及应用状况；3、对碳钢试样进行化学镀镍试验，获得正交试验所需数据；4、对数据行进行优化分析，获得最优镀液配方，计算出理论上最优镀速；5、按照优化后的镀液配方进行验证试验（比较实际最优镀速与理论最优镀速）。二、毕业论文（设计）的基本要求1、通过互联网，校内期刊数据库等途径了解碳钢零件化学镀镍的原理及工艺；2、通过试验弄清相关工艺参数对碳钢试样化学镀镍质量的影响趋势；3、做出样品；4、完成不少于20字（单词）的专业英语资料翻译。三、毕业论文（设计）进度安排208年1月1日12月30日查找相关专业资料，熟悉化学镀镍工艺，提交开题报告，论证设计方案，完成不少于20单词的英语资料翻译稿。209年2月16日5月6日基本完成毕业设计规定的实验任务。209年5月7日5月24日撰写毕业论文。209年5月24日交齐全部毕业设计资料。河南科技学院本科生毕业论文（设计）课题审核表院（系）名称机电学院专业名称指导教师姓名课题名称碳钢化学镀镍工艺研究课题来源自拟课题立题理由和所具备的条件碳钢化学镀镍工艺因其具有优良的耐磨和耐腐蚀性能在工业上应用广泛，还由于该工艺的节能环保效益而受到环保部问的青睐。所以，跟踪研究化学镀镍工艺尤为必要。现在，开展该项研究的实验室条件已经具备。教研室审批意见教研室主任签字年月日毕业论文（设计）工作领导小组审批意见组长签字年月日注本表存院（系）备查。摘要本文主要通过对聚甲基丙烯酸甲酯PMMA,俗称有机玻璃表面进行预处理去应力除油粗化敏化活化。去应力工艺使有机玻璃表面能均匀金属化，并且结合力良好，这里使用化学的方法进行去应力；有机玻璃表面是疏水的，这使得在其表面进行化学处理发生困难。为了使后面的各项工序顺利进行，除油是必不可少的工序，它可使粗化过程得到最佳效果；有机玻璃表面光滑,虽然经过前面的除油工序表面已无油污,但光滑的表面是无法得到结合力良好的镀层的，因此必须进行粗化处理,使表面失去原来的光泽,变成均匀细致的毛面；敏化的目的是为了在非金属表面建立起以贵金属为核心的催化中心准备条件，因此敏化剂也还是还原剂；在进行活化工艺时，考虑到活化方法的多样性，本实验采用多次试验的方法以选择最优方案。预处理后采用含稳定剂、缓冲剂及络合剂配合使用的低温酸性化学镀的方法,在有机玻璃表面得到镍镀层。该工艺具有沉积温度低6070,镀速高,镀液稳定等特点。实验结果表明该镀层与基体结合力良好，耐磨性、耐蚀性良好。关键字有机玻璃,预处理,化学镀,镍镀层。ABSTRACTINTHISPAPER,MAINLYTHROUGHTHEPOLYMETHYLMETHACRYLATEPMA,COMMONLYKNOWNASPLEXIGLASSURFACEPRETRATMENTTOSTRESREMOVALOFCRUDESENSITZATIONACTIVATIONTOSTRESTHEPLEXIGLASURFACEOFMETALCANBEUNIFORM,ANDAGOODCOMBINATIONOFPOWER,WHERETHEUSEOFCHEMICALMETHODSTOSTRESPLEXIGLASSURFACEISHYDROPHOBIC,WHICHMAKESTHESURFACEFORCHEMICALTREATMNTDIFICULTINORDERTOMAKETHEPROCESBEHINDTHESMOOTHCONDUCTOFTHEOILREMOVALPROCESISESNTIAL,ITCANBEROUGHPROCESBESTPLEXIGLASURFACESMOOTH,DESPITETHEREMOVALPROCESINFRONTOFTHESURFACETHEREISNOOILPOLLUTION,BUTTHESMOOTHTHESURFACEISUNABLETOGETAGOODCOMBINATIONOFTHECOATING,ANDTHEREFORETHENEEDFORROUGHTREATMNT,THELOSSOFTHEORIGINALSHINYSURFACE,AUNIFORMANDDETAILEDHAIRSURFACESENSITZATIONISAIMEDATNONMETALICSURFACEINORDERTOESTABLISHAPRECIOUSMETALSASTHECORECENTREPREPAREDBYTHECONDITIONS,SOREDUCINGAGENTORAGENTSHAVE,DURINGACTIVATIONPROCES,TAKINGINTOACOUNTTHEACTIVATIONOFTHEDIVERSITYOFWAYS,THISEXPERIMENTUSEDSEVERALMETHODSTOTESTHEOPTIMALCHOICEOFPROGRAMMESPRETRATEDWITHASTABILIZNGAGENT,BUFFERANDCOMPLEXINGAGENTWITHTHEUSEOFTHELOWTEMPERATUREACIDICHEMICALPLATINGMETHODS,INTHEPLEXIGLASSURFACEBYNICKELTHEPROCESHASDEPOSITEDALOWTEMPERATURE6070,PLATINGRATE,BATHSTABILITYANDSOONTHERESULTSHOWEDTHATTHECOATINGANDSUBSTRATECOMBINATIONOFGOODWEARESITANCE,CORROSIONRESITANCEGOODKEYWORDKKKPLEXIGLAS,PRETRATMENT,CHEMICALPLATING,NICKELCOATING目目目目录录录录1前言12化学镀镍的基本原理23试验材料和方法331试验材料332试验方法3321工艺流程3322化学镀镍镀液稳定性的测定5323化学镀镍的主要技术指标6324正交试验设计及评价依据6325化学镀镍溶液组成及配方6326试验步骤104试验结果与分析141各工艺条件对化学镀层的影响1411镀液温度的影响1412PH值的影响12413施镀时间的影响1242正交试验结果与分析1243镀层质量分析165结论16致谢16参考文献1711前言前言前言前言化学镀镍技术是采用金属盐和还原剂，在材料表面上发生自催化反应获得镀层的方法。化学镀与电镀相比具有许多优点以往煤矿综采支架上用的立柱、千斤顶、油缸的防腐均采用镀铬及镀锌，由于受几何形状的影响，只能对活塞杆、活塞、导向套等简单部件进行电镀，稍微复杂一点的内孔、沟槽就很难采用电镀的方法来解决防腐问题，且镀液废水对环境污染严重。化学镀镍在以往煤矿综采支架油缸上还未使用过，也不敢轻易变更防腐工艺。通过实际考察和检验，该方法完全可行，只要对产品镀层的质量严格控制，完全能保证产品的使用性能。经该工艺处理后的金属表面为非晶态镀层，有许多优良性能13（1）均镀、深镀能力强。（2）硬度高。镀层硬度在镀态时为HV500600，经不同温度不同保温时间的热处理后，镀层的硬度可达HV1100，可与堆焊硬化层、陶瓷相媲美。（3）耐磨性能好。在无润滑条件下，镀层对钢的摩擦系数为038。（4）耐蚀性能好。由于镀层为非晶态结构，消除了晶态合金中的晶界、位错及偏析等缺陷，进一步改善了合金的耐蚀性能。（5）结合力强。镀层与金属的结合力非常好，一般在低碳钢上为343412MPA，在不锈钢上为156196MPA，镀层热处理后可进一步提高结合力。（6）良好的可焊性。（7）具有电磁波屏蔽性能，当镀层中的磷含量达到12以上，镀层是非磁性的，屏蔽效果很好。（8）大规模应用成本低、操作简便、具有清洁生产的环境效应。80年代，欧美等工业化国家在化学镀技术的研究，开发和应用得到了飞跃发展，平均每年有1520表面处理技术转为使用化学镀技术，使金属表面得到更大的发展，并促使化学镀技术进入成熟时期。为了满足复杂的工艺要求，解决更尖端的技术难题，化学镀技术不断发展，引入多种合金镀层的化学复合技术，即三元化学镀或多元化学镀技术，得到了一些成果。例如在NIP镍磷镀层中，引入PTFE的复合镀层比单一的NIP镀层有更佳的耐磨性及自润滑性能；在NIP镍磷镀层中引入金属钨，使到IWP镍钨磷镀层进一步提高硬度4，在耐磨性能方面得到很好的效果；有NIP镍磷镀层中引入铜，使NICUP镀层较好的耐蚀性能；还有NIFEP镍铁磷、NICOP镍钴磷、NIMOP镍钼磷等镀层在电脑硬碟及磁声记录系统中及感测器薄膜电子方面得到广泛的应用5。化学镀技术由于工艺本身的特点和优异性能，用途相当广泛。中国在80年代才开始在化学镀方面进行探讨，国家在1992年分布了国家标准（GB/T1391392），称之为自催化镍磷镀层。中国已将化学镀技术广泛用在汽车工业、石油化工行业、机械电子、纺织、印刷、食品机械、航空航太、军事工业等各种行2业，由于电子电脑、通讯等高科技产品的应用和迅速发展，为化学镀提供了广阔的市场。2000年以后，一方面由于国家注重环保，另一方面中国的工业发展了对金属表面处理要求提高了，加快了化学镀这一技术的发展，国家的高新技术目录也新增了化学镀。化学镀虽然在中国的起步比较晚，但近年发展相当快，有些性能的技术指标完全可以与欧美的化学镀比美，加上价格低、适应中国企业的工艺流程，发展前景备受注目。目前中国化学镀研究在北方，推广应用主要在广东。在广东应用化学镀的企业占全国三分之一以上，其中一些上规模的企业，具有技术抗衡，同时价格具有相当的竟争力。正是由于化学镀镍层上述的诸多优点，本文主要通过在碳钢表面进行化学镀镍。碳钢是含碳量小于135，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。在碳钢表面化学镀镍是提高碳钢综合性能的一种有效方法,不但可以有效提高碳钢表面的硬度、耐磨和耐蚀性，还可以改善碳钢表面的某些工艺性能，如钎焊性、可抛光性等。目前,虽然碳钢已在很多领域取得了广泛的应用，但是由于钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，使其塑性和冲击性降低；当碳量023超过时，钢的焊接性能变坏；碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。由于碳钢的这些特点使得碳钢在某些领域如电子电器等的应用受到了很大的限制，如何提高碳钢表面的耐腐蚀性就成为当今碳钢表面处理技术研究的一个热点。目前以次亚磷酸钠作为还原剂的化学镀镍溶液应用的最广，其中采用酸性镀液沉积速度快，可以获得耐腐蚀性好的镀层。这类镀液一般含有47G/L镍离子，1535G/L的次亚磷酸钠，PH值4652，温度8895，因此本文采用酸性化学镀镍工艺对提高碳钢表面耐腐蚀性能的研究。2化学镀镍的基本原理化学镀镍的基本原理化学镀镍的基本原理化学镀镍的基本原理碳磷化学镀镍的基本原理是以此亚磷酸盐为还原剂，将镍盐还原成镍，因此使镍层中含有一定的磷。沉淀的镍膜具有自催化性，可使反应自动进行下去。关于NIP化学镀的具体反应机理，目前尚无统一认识，现在为大多数人所接受的是原子氢态理论79（1）镀液在加热时，通过次亚磷酸盐在水溶液中脱氢，而形成亚磷酸根，同时放出初生态原子氢，即H2PO2H2OHPO32H2H（1）3（2）初生态的原子氢吸附催化金属表面而使之活化，使镀液中的镍阳离子还原，在催化金属表面上沉积金属镍，即NI22HNI02H（2）（3）随着次亚磷酸根的分解，还原成磷，即H2PO2HPH2OH（3）（4）镍原子和磷原子共同沉积而形成NIP固溶体。由此得出，其基本原理是通过镍液中的离子还原，同时伴随着次亚磷酸盐的分解而产生磷原子进入镀层，形成过饱和的NIP固溶体。部分章节已省略部分章节已省略部分章节已省略部分章节已省略有相应的有相应的有相应的有相应的全套资料全套资料全套资料全套资料（附带（附带（附带（附带任务书、开题报告、审题报告任务书、开题报告、审题报告任务书、开题报告、审题报告任务书、开题报告、审题报告、中期报告、中期报告、中期报告、中期报告、外文翻译）外文翻译）外文翻译）外文翻译）及答辩及答辩及答辩及答辩PT。需要压缩包的朋友请需要压缩包的朋友请需要压缩包的朋友请需要压缩包的朋友请联联联联系系系系Q客服客服客服客服1145919609或或或或Q客服客服客服客服219604320，需要需要需要需要其他设计题目直接联系其他设计题目直接联系其他设计题目直接联系其他设计题目直接联系42正正正正交试验结果与分析交试验结果与分析交试验结果与分析交试验结果与分析本次试验有四个因素，每个因素都有三个水平，如果每个因素的每个水平都相互配合着进行全面试验必须做试验3481次。进行81次试验要花费很多时间，耗费不少的人力物力，我们想要减少试验次数，但又不能影响试验的结果。因此不能随便地减少试验，应该有代表性的搭配保留下来。为此，我们将从81个试验中选出9个，这9个试验中各因素的每个水平的搭配都是均衡的，每个因素的每个水平都做了3次试验；每两个因素的每一种水平都做了一次试验。从这9个试验结果就可以分析清楚每个因素对试验指标的影响。碳钢化学镀镍正交试验12的结果分析见表2，并且设4个因素硫酸镉、十二烷基磺酸钠、苹果酸、丁二酸分别为A、B、C、D；设碳钢试样镀前的厚度为S1，镀后的厚度为S2,镀速为V，平均镀速为X。表2碳钢化学镀镍正交试验结果序号四因素数据ABCDS1（MM）S2（MM）VM/H11111635663847212226716701325313336586979754421236867118255223163669113756231264969412573132634687132583213608678175933216466709157K130385357365T1975X91T131K24325454725375K34653675367545注KAD（指四因素）上表中须计算的数值详细计算过程如下已知每组试验反应两小时，即T2H，则由VS21/2T（1）得，V17，V21325，V3975，V41825，V51375，V6125，V71325，V8175，V91575；第1列中,A1V1V2V330；2V4V5V64325；A3V7V8V946；第2列中，B2V1V4V7385；2V2V5V8445；B2V3V6V93675；第3列中，C3V1V6V83575；3V2V4V94725；C3V3V5V73675；第4列中,D4V1V5V9365；4V2V6V73775；D4V3V4V8455；TK12K391V1975；（12）5公式中T代表9次试验的总镀速；则平均镀速为X91T1331；13从正交试验结果可以看出9个试验中镀速最高的最优方案是A2B1C2D3,正交试验总共有4381次实验，我们只做了9次，还有72次试验没有做。在剩余的试验中可能会出现更好的方案。下面通过效应分析法13来分析正交试验的最优方案1正交设计的数据结构由于本实验为四因素3水平，其数学模型为XIJKLAIBJCKD1IJKL；IAI0；JBJ0；KCK0；LDL0；IJKLN0,2，且相互独立。按9个试验分别写出有X1A1B1C1D11；2A1B2C2D22；X3A1B3C3D33；4A2B1C2D34；X5A2B2C3D15；6A2B3C1D26；X7A3B1C3D27；8A3B2C1D38；X9A3B3C2D19；这里，A1、A2、A3表示因素A的效应，B1、B2、B3表示因素B的效应,C1、C2、C3表示因素C效应，D1、D2、D3表示D的效应。2正交试验中的效应计算采用小二乘法分析，可得出相应的效应值，其公式分别为AIAIX；（14）BJBJX；（15）CKCKX；（16）DJDLX；（17）由上面公式可得A的效应估计值为A1A1X30/31331331；A22X4325/313311；A3A3X465/313312；6B的效应估计值为B1B1X385/31331048；B22X445/31331152；B3B3X3675/31331048；C的效应估计值为C1C1X3575/31331139；C22X4725/31331244；C3C3X3675/31331106；D的效应估计值为D1D1X365/31331143；D22X3775/31331072；D3D3X455/31331186；从效应的大小可以确定影响大小的主次顺序为C、A、D、B，选取最优方案以效应值大的好，所以应选C2A3D3B2。3最优方案下指标值的预估计通过效应计算分析法算出最优方案为C2A3D3B2，C是最重要的因素，取C2；A是次重要因素，取A3；D是第三重要因素，取3。对试验影响最小的是B因素，应略去B。这时模型变成XIJKLAICKD1IJKL；最优方案下的指标值的点估计为优A3C2D3。由于X，A32，C244，D3186则优1331222441862881通过预估计得到最优方案镀速为2881M/H。4验证试验由以上的计算可知，从尽量提高碳钢镀速这一工艺性能角度考虑，确定最终工艺配方为A3B2C2D3，为了验证预估计镀速是否正确，下面再重新进行优化配方后的试验。本试验确定最佳工艺为硫酸镉002G/L、十二烷基磺酸钠005G/L、苹果酸10G/L、丁二酸15G/L、硫酸镍33G/L、复合稳定剂20G/L、次亚磷酸钠30G/、复合络合剂47G/L，反应温度为8890，PH值为4650。按第二节中的试验步骤进行，反应时间仍为两小时。测得镀前碳钢试样厚度为6654MM，施镀后厚度为6764MM，则优化后的镀速由公式VS21/2T（67646654）/4275M/H。经过试验验证可知，实际镀度（275M/H）与的理论镀速（2881M/H）基本一致。则说明效应分析法分析正交试验结果可行。743镀层质量分析镀层质量分析镀层质量分析镀层质量分析采用优化后的工艺配方对碳钢进行酸性化学镀镍2小时，即可获得55M厚度的镀层，镀层表面为均匀一致的白亮色，表面各部位镀层厚度基本一致。酸性镀镍后的碳钢表面获得了一层比较均匀的NIP合金层，表面平整、光滑、美观5结论结论结论结论（1）经过本实验得出在高温下以次亚磷酸钠作为还原剂的酸性化学镀镍溶液，可以获得耐腐蚀性好的镀层。该活化方法沉积速度快，在碳钢为基体的表面上施镀，可获得牢固的镀层。（2）最优化学镀镍液配方为硫酸镉002G/L、十二烷基磺酸钠005G/L、苹果酸10G/L、丁二酸15G/L、硫酸镍33G/L、复合稳定剂20G/L、次亚磷酸钠30G/、复合络合剂47G/L，通过效应分析法算出理论镀速为2881M/H，经试验验证实际镀速为275M/H，两者基本一致。致谢致谢致谢致谢本次毕业设计是在刘老师的认真指导和热心帮助下完成的。在做实验前老师不仅要求我对基础知识要深刻把握，并且为我提供了许