Ni基非晶态复合涂层工艺及性能研究申请书.doc

编号 大学生创新性实验计划项目申请书项目名称 Ni基非晶态复合涂层工艺及 性能研究 所属学院 材料科学与工程学院 申 报 人 张颖瑛、郭玄、李海江等 指导教师 孙万昌 职称 副教授 填表日期 2011.11.10 实验室与设备管理处 制大学生创新实验计划项目申请表项目名称喷涂/时效强化复合工艺提高镁合金的抗蚀性申请经费2000项目组成员基本情况姓 名专业及班级主要角色联系电话签 名张颖瑛材料0901组玄材料0901组海江材料0901组祥庆材料0901组旺材料0901组导教师情况姓 名孙万昌职 称副教授学历/学位博士E-联系电业特长材料表面工程姓 名朱明职 称讲师学历/学位博士E-联系电业特长材料表面工程一、申请理由（包括选题背景、意义，项目组成员已具备的知识条件、特长、兴趣等）非晶态合金是20世纪后期材料科学领域发展迅速的一种新型材料,其具有和晶态物质可相比拟的高硬度和高粘滞系数。非晶态固体的结构不具有周期性和平移对称性，是一种长程无序、短程有序的结构。正是由于非晶态合金结构的特殊性，使得非晶态合金具有许多特殊的性质。有的非晶态合金具有高饱和磁感应强度，低磁损耗的特性；有些非晶态合金的热膨胀系数近于零，其电阻率则高出较多；许多非晶态合金表现出非常好的耐腐蚀性能；大部分非晶态合金具有很高的强度和耐磨性。此外由于非晶态材料具有非常优异的物理、化学和机械性能，而这些性能往往又是现有金属材料所不及的, 因此,应用前景十分广阔人们对于这种新材料是尖端技术和工业生产的基础这一点越来越有所认识。以这一点为动力、世界各先进国家都先后开发应用了非晶态金属材料。日本专家曾预言 “非晶态金属材料是二十一世纪的理想材料”。由此可见, 非晶态材料的开发利用是一大趋势, 以基础研究及实用化为目标的研究正在积极进行。目前, 非晶态材料可用液体急冷法、真空蒸镀法、溅射法、电镀法和化学镀法等多种方法获得。其中, 电镀或化学镀法以其工艺简单, 成本低, 可大面积镀覆等优点而日益受到人们的重视。近十年来, 不仅有数十种非晶态合金镀层被研制开发出来, 而且已有部分镀层在实际生产中得到了广泛的应用。电沉积通常称电镀，是一种通过外加电源使电流经阴极、电解液、阳极，在阴极表面还原金属的方法。合金电沉积是制备非晶态镀层的有效手段，许多单金属电沉积时无法形成非晶态，而在合金电沉积时却可以实现。现在，用电沉积法已可制备出数十种非晶态合金镀层。非晶态合金电沉积层大之分为5种类型：金属-氢构成的非晶态合金；金属-类金属系非晶态合金；金属-金属系非晶态合金；半导体元素的非晶态合金；非晶态金属氧化物。随着新型非晶态合金电镀的开发、研究和进展，电沉积非晶态合金的种类还会增加，他们的性能也不断开发与完善，其潜力很大。化学镀与电镀不同，是一种不需要外部电源，而靠溶液中的还原剂使金属离子还原为金属沉积在制品表面的、可控制的、自催化的化学还原过程。它又不同于浸度或置换度。化学镀是靠渡液中的还原剂的氧化来提供电子，同时使溶液中的金属离子在基体表面还原沉积，而不应在渡液内发生还原沉积。因此，化学镀需要不断地补充还原剂以保持氧化过程不断进行，在具有催化性的基体上可连续进行沉积，以获得我们所要求的镀层厚度。化学镀镍层属于非晶态结构，无磁性、抗电磁干扰性能好，适宜做屏蔽；且界向腐蚀倾向小，镀层细致，孔隙率低，耐蚀性能好。因此，已引起人们越来越多的关注。此外，由于从原材料到成品制备工艺简单，生产成本低廉，作为一种综合性能优越的工程材料，前景是非常广阔的。化学镀镍可以镀于非导体以及形状比较复杂的工件，这是化学镀得以广泛应用的最为主要因素。表面不耐磨的基底可以用化学镀镍赋予坚硬耐磨的表面；一些基底经过化学镀镍之后，使之容易进行钎焊并同时可以改善他们的表面性质。化学镀镍层均匀致密、空隙率小、化学稳定性好。镀层一般磷含量为5%12%。当磷含量大于8%时，镀层为非晶结构， 但是，非晶态合金处于热力学不稳定状态，受热时容易向平衡态转变。因此，温度连续升高时，它会在一个很窄的温度范围内转变为晶态。对非晶态的Ni-P合金来说，在300以下热处理时间不太长时，尚可保持其非晶态结构。由于非晶态结构没有晶界和位错等晶体缺陷且无偏析，故具有良好的耐蚀性。化学沉积法制取这种耐腐蚀材料，工艺简便，而且涂层均匀。选用Ni基非晶态镀液配方时，必须要考虑基材性质和镀层的性能要求才能取得预期的效果。现在公开发表的配方大多数是不完整的，隐去了某些关键的成分。因此在实际配置时还需要通过我们自己的实践使之完善。化学镀镀液的使用寿命不够理想和镀液的再生困难，在很大程度上提高了生产成本。故本实验欲尝试通过化学镀的方法制备Ni-P非晶态复合涂层以得到稳定性好的高硬度、耐腐蚀等性能镀层，并进一步探讨分析Ni-P非晶态复合涂层的硬度、耐蚀性能等综合性能。本实验课题是在化学镀镍工艺上具有丰富经验的导师指导下，由材料科学与工程专业大三同学组成的兴趣小组，组员具有良好专业知识技能、扎实的实验操作技术，浓厚的科研兴趣和敢于挑战创新的精神。并且本专业实验室具备完善的制备条件、检测等基础设施，为实验的实际运作提供了保证。二、研究目标（所要达到的主要技术指标等）1）采用化学镀技术在铝合金表面沉积Ni-P非晶态复合涂层； 2）镍基非晶态镀层与基体结合良好，涂层厚度均匀、致密；3）镍基非晶态镀层具有高硬度、高耐磨耐蚀性，以及良好的抗高温氧化性能。三、项目方案（包括研究内容、研究方法、实验方案等）研究Ni-P非晶态复合涂层工艺及性能，利用化学镀镍法在铝合金表面制备出Ni-P复合涂层。主要包括：1）探讨合适的添加剂；2）采用单因素变换，优化镀液的具体配方和施镀工艺参数；3）制备出Ni基费晶态镀层；4）利用光学显微镜、扫描电镜、X-ray衍射仪等手段，观察非晶态镀层的微观组织结构；5）进一步探讨分析非晶态镀层的显微硬度、耐磨、耐蚀以及高温抗氧化性能。四、项目创新点、特色和解决的关键技术创新点： 采用化学技术，在铝合金表面沉积镍基非晶态合金镀层，研究报道甚少，镀层质量不高；探讨合适的添加剂，解决渡液的稳定性问题，和镀层的均匀性问题。关键技术：1）添加剂选用探讨； 2）镀液配方优化； 3）优化化学镀的工艺参数，制备出具备优良机械性能的镍基非晶态镀层。五、项目进度安排（资料查阅、实验方案制定、实验研究、实验数据分析、撰写研究论文和总结报告、结题验收等）2011/10/30-2011/11/15 资料查阅及实验方案制定；2011/11/16-2011/12/16 通过实验，得到较佳的施镀配方及工艺条件，成功制备出镍基非晶态复合镀层，利用光学显微镜、扫描电镜、X-ray衍射仪等手段，观察复合涂层的微观结构，研究复合涂层的耐磨耐蚀等性能；2011/12/17-2012/01/10 补充实验； 2012/01/11-2012/02/20 撰写研究论文和总结报告、结题验收等。六、项目实施已具备的条件（已有工作基础，现有主要仪器设备、人员情况等，对项目实施可行性做出评价）本项目所在学院实验制备仪器与设备完善，可以满足本项目实验需要。项目所在课题组教师4名、研究生7名，可以给予指导与帮助。 从研究基础、实验条件和课题组人员情况等，均具备完成本项目的条件。七、预期成果（研究论文、申请专利、研制