鎳電沉積及鍍層的結構與性能的測試--開題報告_第1頁
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文檔簡介

1、開題報告鎳電沉積及鍍層的結構與性能的測試電沉積工藝條件Hull 槽試驗及鍍層的結構與性能的測試開題報告一、課題的名稱: 鎳電沉積及鍍層的結構與性能的測試二、課題的目的和意義:目的:1 熟悉 Hull 槽試驗的基本原理、實驗操作和結果分析。2試驗并了解添加劑糖精、苯亞磺酸鈉、鎳光亮劑XNF 和十二烷基硫酸鈉對電沉積光亮 鎳的影響。意義:不銹鋼具有良好的耐蝕性,但不銹鋼硬度較低,表面強度低,耐磨性差,摩擦因數(shù)較大,在碰撞或者磨損環(huán)境中工作時,易發(fā)生局部損傷和表面鈍化膜受損而導致局部腐蝕。所以為了提高不銹鋼的耐磨性和耐蝕性,常對其表面進行處理,通過對不銹鋼表面鍍鎳來改善材料的外觀、耐腐蝕性和耐磨損性

2、性能結構。三、鎳電沉積及鍍層的特點及國內外研究現(xiàn)狀:鎳具有銀白色(略呈黃色)金屬光澤,具有鐵磁性,密度為8.9,原子量為58.71,標準電極電位為一0.25 伏。鎳具有很強的鈍化能力,在空氣中能迅速地形成一層極薄的鈍化膜,使其保持經(jīng)久不變的光澤。常溫下,鎳能很好地防止大氣、水、堿液的浸蝕。在堿、鹽和有機酸中很穩(wěn)定,在硫酸和鹽酸中溶解很慢,易溶于稀硝酸。由于鎳的硬度較高(HV 240-500),所以鎳層可以提高制品表面硬度,并使其具有較好的耐磨性。鎳是鐵族元素,屬于電化學極化較大的元素,當電解時能產(chǎn)生較大的極化作用,即使在很小的電流密度下,也會產(chǎn)生顯著的極化作用。因此,鍍鎳與鍍鋅、鍍銅不同,它不

3、需要特殊添加劑。因為電沉積鎳時有較大的極化作用,所以在強酸性介質中,根本不可能把它沉積出來,只能使用弱酸性電解液?;瘜W鍍鎳技術具有悠久的歷史,但其技術的廣泛運用還是在近期?;瘜W鍍鎳的發(fā)展史是化學鍍發(fā)展的重要組成部分。在1947 年美國國家標準局A.Brenner 和 G.Riddell 提出了沉積非粉末狀鎳的方法,并弄清楚了形成鍍層的催化特性,奠定了化學鍍鎳技術的基礎。化學鍍鎳技術的最早工業(yè)應用是1955年在美國通用運輸公司(GATC)在系統(tǒng)研究該技術后建立的第一條生產(chǎn)線。早期化學鍍鎳技術的應用極少,直到70 年代末化學鍍鎳技術才被大規(guī)模地運用到工業(yè)中。為了滿足復雜的工況、獲得更多的性能,近年

4、來又發(fā)展起來了化學復合鍍鎳技術?;瘜W鍍鎳技術的核心是鍍液的組成及性能,所以化學鍍鎳發(fā)展史中最值得注意的是鍍液本身的進步。 20 世紀 60 年代前后,由于化學知識貧乏,只有中磷鍍液配方,鍍液不穩(wěn)定(往往只能穩(wěn)定數(shù)小時),工藝落后。70 年代后出現(xiàn)了絡合劑、穩(wěn)定劑等多種添加劑,經(jīng)過大量的實驗研究、篩選、復配以后,新發(fā)展的鍍液均采用“雙鉻合”或“雙鉻合、雙穩(wěn)定、雙促進”配方 ,極大地提高了鍍液的穩(wěn)定性,鍍速加快,大幅度增加了鍍液對亞磷酸根的容忍性、目前 ,化學鍍液均已商品化,根據(jù)用戶要求有各種性能化學鍍的開缸及補加濃縮液的出售,施鍍過程中只需要按消耗的主鹽、還原劑、PH 調節(jié)劑及適量添加劑進行補充

5、,使用十分方便。在化學鍍鎳溶液質量提高的基礎上,化學鍍鎳生產(chǎn)線的裝備和技術發(fā)展迅速,逐漸從小槽到大槽 ,從手工操作、斷續(xù)過濾、人工測定施濾過程中各種參數(shù)到自動控溫、槽液循環(huán)過濾和攪拌。微機控制的生產(chǎn)線能自動檢測鍍浴pH 值變化及Ni2+ 的含量,并立即補加到位,大大提高了產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)效率。所制備(研制)材料的特點、課題的國內外。(4、)實驗內容、(5、)實驗方案、(6、)工作計劃3.所準備材料的組成設計四、實驗內容1、電沉積是用電解的方法在導電基底的表面上沉積一層具有所需形態(tài)和性能的金屬沉積層的過程。電沉積過程中,由外部電源提供的電流通過鍍液中兩個電極(陰極和陽極)形成閉合的回路。當電解液

6、中有電流通過時,在陰極上發(fā)生金屬離子的還原反應,同時在陽極上發(fā)生金屬的氧化(可溶性陽極)或溶液中某些化學物種(如水)的氧化(不溶性陽極)。其反應可一般地表示為:陰極反應:Mn+ + n e = M副反應:2 H+ + 2 e = H2 (酸性鍍液)2 H2O + 2 e = H2 + 2 OH-( 堿性鍍液)當鍍液中有添加劑時,添加劑也可能在陰極上反應。陽極反應:M - n e = Mn+ (可溶性陽極)或2 H2O - 4 e = O2 + 4 H+(不溶性陽極,酸性)本實驗通過電沉積鎳和沉積層結構與性能的研究分析,使學生掌握金屬電沉積的基本原理和基本的研究方法,初步了解電沉積條件對鎳沉積層

7、結構與性能的影響,認識電鍍過程中添加劑的作用。電沉積鎳過程的主要反應為陰極:Ni2+ + 2 e = Ni陽極:Ni - 2 e = Ni2+2、儀器: Hull 槽,直流穩(wěn)壓電源,電流表,恒溫槽,電吹風,導線,鎳板陽極,不銹鋼或銅片陰極。3 試劑 :硫酸鎳,氯化鈉,硼酸,除油液和酸洗液。五、實驗方案:1、 基礎鍍液的配制按下列配方配制500 mL 基礎鍍液:NiSO4 6H2O 300 g/LNaCl10 g/LH3BO335 g/LpH3.5 4.5(用稀 H2SO4 或 NaOH 調節(jié))溫度20 65將 267 mL Hull 槽用水洗凈后,加入250 mL 基礎液,置于恒溫槽中,進行下

8、面的實驗。2、將Hull槽陰極片(10 cmx 7 cm的不銹鋼或純銅片)用金相砂紙磨光, 經(jīng)堿除油和 30%HCl 弱腐蝕,用自來水和去離子水逐次認真清洗后,干燥待用。3、先將處理好的陰極片(不銹鋼片)稱重得 mlo帶電置于 Hull槽中,用饃為陽極,以 1A的電流沉積10 min。取出陰極片,用水沖洗干凈,經(jīng)干燥后稱得 m2觀察并按圖22-2.2記錄示意圖記錄陰極上鎳的沉積情況,以及鍍液組成和實驗條件。4、 在 2 的溶液中依次加入糖精、苯亞磺酸鈉、鎳光亮劑XNF 和十二烷基硫酸鈉,使其濃度分別為1.0 g/L、 0.1g/L、 3 mL/L 和 0.1 g/L 分別進行同2 的實驗和記錄

9、。5、 在含所有添加劑的光亮鎳鍍液中,根據(jù)3 的實驗條件,比較鍍液攪拌與不攪拌、常溫和實驗溫度下鎳的沉積層質量,并進行記錄。六、工作計劃:第八周:未加添加劑下電鍍鎳的沉積及加糖精條件下電鍍鎳的沉積情況;鍍液性能的檢測(1)沉積速度(2)鍍液電流效率效率 =m/ItK式中 :m 一被電鍍試樣的增重(g); I 一電鍍時所用的電流(A) ; t 一電鍍時所用的時間(h) ; K一陰極析出物的電化學當量,對于鎳,K=1.095g/(A/h) 。(3)鍍層結合力檢測對鍍層結合力的檢測采用彎曲法,將鍍好的試樣反復彎折180。直至鍍層和基體完全斷裂。觀察斷裂處鍍層的附著情況,若鍍層不起皮不脫落,則說明鍍層

10、的結合強度比較好。第九周:加苯亞磺酸鈉下電鍍鎳的沉積情況;第十周:加鎳光亮劑XNF 與十二烷基硫酸鈉下電鍍鎳的沉積情況;第十一周:在含所有添加劑的光亮鎳鍍液中,根據(jù)3 的實驗條件,比較鍍液攪拌與不攪拌、常溫和實驗溫度下鎳的沉積層質量。主要目標:( 1 ) 、對單一添加劑進行性能測試,找出各種添加劑單獨作用時的規(guī)律;為實現(xiàn)添加劑選擇提供理論基礎;( 2)通過單獨實驗,優(yōu)選出高質量的電鍍鎳添加劑,使電鍍鎳時的光亮度、電流效率、沉積速度和分散能力都有所提高。(3) 通過理論分析指出,不同類型添加劑的作用規(guī)律,為電鍍添加劑的進一步研究提供論指導。七、所準備材料的組成設計糖精、 苯亞磺酸鈉是初級光亮劑,它們的結構特點是含有磺酞基,且鄰近磺酞基有不飽和碳鍵。它們通過不飽和碳鍵吸附在陰極的生長點上,增大陰極極化,從而顯著減小鍍層的晶粒尺寸,使鍍層產(chǎn)生柔和的光澤。十二烷基硫酸鈉為潤濕劑或稱針孔防止劑。鍍鎳層的針孔是比較多的,加入潤濕劑后,減少或消除了針孔的發(fā)生。電鍍鎳的組成:1、 250 mL 基礎鍍液、

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