沈辉开题报告

本科生毕业论文（设计）

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化学镀Ni-P/稀土涂层的工艺及性能研究 沈 辉 工 学 院 材料成型及控制工程 材 控63 班 3 3 3 6 3 2 1 杨和梅 职称: 讲 师

20 10 年 03 月 10 日 南京农业大学教务处制

题

姓 学 专

班学

指

本课题的意义、国内外研究概况、应用前景等（列出主要参考文献） 本课题的意义： 化学镀（Electroless Plating）技术是1946年由Brenner和Riddel[1]提出的， 原理是依靠溶液中的化学反应提供金属离子还原所需的电子，并在金属表面的催化作用下控制化学还原法进行的金属沉积过程。它是提高金属等材料表面耐磨性、耐蚀性以及物理性能的一种表面强化方法[2-3]。其中化学镀Ni-P技术以其工艺简单、镀层致密、厚度均匀等特点广泛应用于许多工业部门[4]。 稀土元素(REES)指周期表中ⅢB族中的镧系元素(La-Lu)和同族的钪(Sc)和钇(Y)元素。稀土元素具有较大的原子半径和特殊的电子结构，因而具有良好的物理、化学、电、磁和光学性能[5]。 但是随着对材料性能要求的提高,单纯的二元Ni-P合金镀层已越来越难以满足工程的要求。研究表明，通过在化学镀层中添加稀土元素可以提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度，或提高断裂韧性，使改性层强韧化，提高改性层与基体的结合强度[6]。 因此，研究在化学镀Ni-P层中加入适当稀土元素对基体材料的影响具有非常重要的理论意义与现实意义。 国内外研究概况： 化学镀研究已经形成两个重要方向，一是以提高化学镀镀层机械性能和化学性能为主要研究对象；二是以镀层的物理性能为研究对象，以获得具有特殊功能镀层的研究[7]。 目前国内外很多人研究在化学镀Ni-P溶液中加入单一或者复合稀土元素，采用现代的检测方法来测试镀后基体材料的性能，探究不同镀液配方对镀层的硬度、耐蚀性[8]、致密性、软磁性能[8]以及反应过程沉积速率、共沉积机理[10]等方面的影响，取得很多研究成果。关于镀层摩擦磨损性能有相关报道，如Leon O A等在316L不锈钢光盘基体上进行了化学复合镀(Ni-P)-BN (h)镀层,对耐磨性进行研究[11]。但是关于化学镀Ni-P/稀土涂层的工艺及性能的系统研究报道较少，因此开展了化学镀Ni-P/稀土涂层的工艺及性能的研究。 应用前景： 近年来，国内外对化学镀镍的研究逐步深入，其中Ni-P非晶态合金享有近二十年发展起来的“世纪材料”之美誉，有很大的技术潜力和发展前景[12-13]。 化学镀镍磷技术目前广泛用于电子、航空航天机械、汽车、精密仪器、电器、五金和化工等工业领域。随着电子、计算机和通信等高科技产业的快速发展，为化学镀镍磷技术提供巨大的市场，为了满足今后更加复杂的工况要求，化学复合镀/稀土涂层、化学镀镍基多元合金、纳米化学镀等技术将持续高速发展。 主要参考文献： [1] BrennerA.，RiddellG.，J.Res.Nat.Bur.Standards，1946，37:31. [2] 姜晓霞，沈伟.化学镀理论及实践[M].北京:国防工业出版社，2000:23. [3] 翟金坤.化学镀镍[M].北京:北京航空学院出版社，1987:56. [4] 伍学高,李铭华,黄渭成.化学镀技术[M].成都:四川科技出版社,1985. 82. [5] 黄庆容，蒋柏泉，陈常青等.稀土在化学镀中应用研究现状[J].稀土，2007，28（1）：102. [6] 郭忠诚.稀土对复合镀工艺及镀层性能的影响[J].金属学报，2004，32(5):25-26. [7] 贾韦.稀土钵介入化学沉积钻一镍一磷合金薄膜的研究[D].合肥：合肥工业大学，2007：7-8 [8] 严密，张小星.镱对镍磷合金化学镀组织和抗腐蚀性能的影响[J].稀有金属，2005，29（3）： 285-288. [9] 章磊，宣天鹏，黄芹华.钇对化学镀Co-Ni-B合金层结构与性能的影响[J].稀土，24（3）： 37-40. [10] 冯书争，宣天鹏，朱云丽.稀土镧对化学镀Co-Ni-B合金沉积速率的影响[J].电镀与涂饰， 2005，24（9）：12-16. [11] Leon O A,Staia M H,Hintermann H E.Wear mechanismof Ni-P-BN(h)composite Autoca- talytic coatings[J].Surface and Coatings Technology, 2005, 200: 1825-1829. [12] 胡信国，张钦京.美国化学镀镍年会论文综述[J].电镀与涂蚀，2003，22(2):35. [13] 周荣廷.化学镀镍的原理与工艺[M].北京:国防工业出版社，1985:8. 研究的目标、内容和拟解决的关键问题 研究目标： 本课题的研究目标是在45钢基体上用化学镀法制备Ni-P/稀土涂层，使45钢涂镀后具有良好的性能。 研究内容： 本课题的研究内容： ①化学镀制备Ni-P/稀土涂层； ②确定热处理最佳温度，并对所有试样进行热处理； ③观察试样热处理前后的金相显微组织； ④测定试样镀层表面粗糙度； ⑤测定试样热处理前后镀层的硬度； ⑥研究相关工艺因素对镀层性能的影响。 拟解决的关键问题： 本课题拟解决的关键问题： ①试样(45钢，规格30mm×7mm×6mm)的前处理； ②镀液的配制； ③在45钢基体上化学镀制备Ni-P/稀土涂层； ④确定镀层热处理最佳温度，并对所有试样进行热处理； ⑤观察镀层热处理前后的金相显微组织，分析工艺条件及热处理的影响； ⑥测定热处理前试样的表面粗糙度，分析工艺条件对粗糙度的影响； ⑦测定热处理前后镀层的硬度，分析工艺条件及热处理的影响； 研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法：化学镀法(Electroless Plating)。 技术路线： 机械打磨 → 除油 → 水洗 → 酸洗 → 水洗 →活化→ 蒸馏水洗 → 化学镀 → 水洗 → 蒸馏水洗 → 吹干→ 观察试样热处理前金相显微组织 → 测定热处理前镀层表面粗糙度 → 测定热处理前镀层硬度 → 试样热处理 → 观察试样热处理后金相显微组织 → 测定热处理后镀层硬度。 实验方案与步骤： 1. 进行实验方案设计和实验药品、器材的准备； 2. 试样前处理： 试样采用规格为30mm×7mm×6mm的45钢，前处理的工艺步骤具体如下： 2.1机械打磨：先用80#砂纸进行粗磨，再用120#砂纸细磨，其目的是除去工 件表面划痕、锈污、氧化皮以及其它表面杂质和缺陷，从而获得平整光滑的 表面； 2.2 除油：用温水冲洗试样，再用超声波清洗几分钟，直至除去试样表面油污； 2.3 水洗：热水中冲洗几分钟； 2.4 酸洗：5%的稀盐酸中，浸蚀1分钟左右； 2.5 水洗：室温下水洗，清除表面的酸蚀液； 2.6 活化：用5%的H2SO4溶液，室温下工件浸入1分钟，清水冲洗后立即施镀。 2.7蒸馏水洗：用蒸馏水冲洗几遍，使试样表面有较好的金属光泽。 3. 化学镀Ni-P-Ce涂层： 3.1镀液采用酸性镀液配方，基础配方为:硫酸镍(NiSO4·6H2O)30g/L，次亚磷 酸钠(NaH2PO2·H2O)40g/L，柠檬酸钠(Na3C6H5O7·2H2O)10g/L，醋酸钠(NaAC) 20g/L，乳酸9ml/L，结晶硫酸高铈（Ce(SO4)2·4H2O）20g/L，氨水用来调节 pH值。 3.2 铈（Ce）元素添加：采用市售结晶硫酸高铈粉末,称取不同量加入镀液,在 强力搅拌下进行施镀；根据设定时间定期取出试样进行观察。 3.3 加入定量的稀土后，利用控制变量法分别改变施镀时间H和施镀温度T，得 到不同镀件。 4.水洗：将镀后的试样在水中冲洗几分钟，清除表面残留镀液。 5.蒸馏水洗：再次将试样冲洗几遍，彻底清除残留镀液。 6.吹干：用吹风机将试样吹干，放置到干燥处，备用。 7.观察试样热处理前金相显微组织：用金相显微镜观测试样表面显微组织。 8.测定热处理前镀层表面粗糙度 9.测定热处理前镀层硬度 10.试样热处理 11.观察试样热处理后金相显微组织 12.测定热处理后镀层硬度 13.对实验数据进行全面的整理归纳，分析总结最优工艺参数并撰写论文。 可行性分析： 1.本课题的工艺路线简单，所需的实验设备及材料容易购买，在现有的实验室条 件下，该项目可以进行； 2.本人阅读了大量和课题相关的文献资料和书籍，有了一定的理论与实验基础。 并且导师对本课题涉及的领域比较了解，可以更好地开展工作； 3.实验过程不存在安全问题。 特色或创新之处 近年来,随着对材料性能要求的提高,单纯的二元Ni-P合金镀层已越来越难以满足工程的要求.本课题通过添加稀土元素获得Ni-P-Ce合金镀层,可以提高工件表面硬度、耐磨性和疲劳强度，或提高断裂韧性，使改性层强韧化，提高改性层与基体的结合强度，而且可以通过连续改变镀层的成分以获得性能连续改变的镀层。因此，研究在化学镀Ni-P层中加入适当稀土元素对基体材料的影响具有非常重要的理论意义与现实意义。 本课题的创新之处包括：用化学镀法制备Ni-P-Ce涂层，研究工艺因素的影响，总结镀层热处理前后的金相显微组织、表面粗糙度、显微硬度的特点；设计了一种磁铁吸附法将试样悬挂于镀液中，使得试样与镀液充分接触；为了减少施镀时镀液的挥发，用塑料薄膜将烧杯口盖住。 研究计划及预期进展 1） 完成选题表，分析课题的任务；确定实验方案。完成开题报告（打印稿和电 子稿各一份）； 2010年1月-2月16日 2） 准备实验器材和工艺方法的可行性论证； 2010年2月18日-3月11日 3） 试样制备； 2010 年3月12日-4月15日 4） 样品的检测； 2010年4月16日-4月25日 5） 总结数据，写毕业论文； 2010年4月26日-5月20日 6） 按指导老师意见修改，并做好毕业答辩准备。2010年5月21日-5月25日 已具备的条件、尚缺少的条件和拟解决的途径（包括利用教学实验中心、科研实验室、实习基地、校外其它企事业单位等条件的计划与落实情况） 已具备的条件：数显恒温水浴锅、增力电动搅拌器、超声波清洗器、表面粗糙度仪、 高温箱式电阻炉、数显显微硬度计、金相显微镜、托盘天平、pH试纸、砂纸、化学镀药品及相关容器、稀盐酸溶液、稀硫酸溶液等。 尚缺少的条件： 拟解决的途径：

本科生毕业论文（设计）开题报告评定表

沈辉同学的《化学镀Ni-P/稀土涂层的工艺及性能研究》毕设论文的开题报告，明确本课题的研究意义，并对国内外研究概况和应用前景做简要介绍；对本课题的研究目标、研究内容和拟解决的关键问题都进行详细的叙述，课题的研究方法、技术路线和实验方案可行，特别是对实验装置进行了创新改进。 指导 教师 意见 同意开题。 答辩 小组 意见 系审核意见 备注 指导教师签名： 年 月 日 答辩小组负责人签名： 年 月 日 系主任签名： 年 月 日 教务处制表