镍基复合镀层是人们最早开始研究的一类金属基复合镀层,将耐高温的陶瓷颗粒作为共沉积相来制备镍基复合镀层通常具有较单金属镀层或合金镀层优异的性能。Ti3SiC2是三元层状陶瓷(MAX相)中最具代表性的一种材料,它具有高的刚性、可加工性、抗损伤容限,良好的抗热震性、高温抗氧化性以及较低的硬度和剪切强度。因此,将Ti3SiC2颗粒掺杂到Ni基质中有望提高Ni镀层的性能,进而拓宽Ni基复合材料在高温领域的应用。与传统陶瓷如SiC相比,Ti3SiC2的热膨胀系数(9.2×10-6K-1)与金属Ni更匹配,所制备的复合材料具有较低的残余应力。采用传统的高温冶炼或粉末冶金等方法,高温过程会使Ni基质与Ti3SiC2发生扩散或化学反应而破坏材料的性能。因此,制备Ni/Ti3SiC2复合材料需在较低温度下进行。电化学沉积是制备Ni/Ti3SiC2复合镀层的一种简单可行的方法,因为Ti3SiC2具有良好的导电性(电导率为4.5×106Ω-1·m-1),金属Ni可以直接沉积在Ti3SiC2颗粒表面,Ti3SiC2颗粒也就更易于被包埋于复合镀层中。该部分的主要研究内容如下：1.采用电化学沉积的方法在添加Ti3SiC2粉体的Watts镀镍溶液中制备Ni/Ti3SiC2复合镀层。研究了外加电流、镀液中粉体浓度等对复合镀层的成分、微观形貌(择优取向和晶粒尺寸)的影响,并且运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)及激光共聚焦显微镜等手段对镀层进行了表征。研究表明,Ti3SiC2颗粒在金属Ni基质中均匀分布；复合镀层中Ti3SiC2的百分含量随镀液中Ti3SiC2粉体浓度的增加而增加。在较高电流(62.5mA)下电沉积的Ni镀层具有(200)择优取向,其晶体呈现金字塔状,即半个八面体的形貌；在较低电流(25mA)下电沉积的纯Ni镀层具有(220)择优取向,其晶体呈现类金字塔状,即由非等同面构成的半个多面体的形貌。复合镀层中Ti3SiC2颗粒的存在破坏了Ni基质的择优生长取向。本文利用Cerius24.2程序,基于Donnay-Harker理论模拟了Ni的晶体形貌。Ni的晶体形貌是由{111}、{200}和{220}面的相对生长速度决定的。2.利用超显微动态硬度测试仪和UMT-2多功能测试仪(刻划实验)对镀层分别进行了硬度及耐磨性能测试。结果表明,由于Ti3SiC2颗粒的细晶强化和弥散强化的共同作用,Ni/Ti3SiC2复合镀层比纯Ni镀层具有更高的硬度。Ni/Ti3SiC2复合镀层的显微硬度随着复合镀层中Ti3SIC2含量的增加而增大。复合镀层中Ti3SiC2的含量越多,即Ti3SiC2颗粒覆盖镀层表面的范围越大,测量区域离Ti3SiC2颗粒越近,其强化效果越显著,进而使镀层硬度值进一步增加。镀层的表面粗糙度对其耐磨性有影响。Ti3SiC2的粒度越大,复合镀层的表面粗糙度越大；掺杂较小粒度Ti3SiC2颗粒的Ni/Ti3SiC2复合镀层耐磨性有所提高。镀层的磨损形貌表明镀层的磨痕浅、Ni晶粒或Ti3SiC2颗粒被压实,并未出现裂纹或剥落等严重的磨损现象,说明复合镀层具有良好的润滑性。3.抗腐蚀性能是材料的重要性能之一,没有良好的耐腐蚀性,其它优良的特点就显示不出或者不能持久。本论文采用三电极体系研究了纯Ni镀层和Ni/Ti3SiC2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为,通过开路电位、动电位极化、电化学阻抗等电化学测试手段,对其腐蚀机理进行了初步探讨。纯Ni镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀反应主要是腐蚀介质通过新蚀孔而深入渗进镀层中,进而使得纯Ni镀层受到更严重的破坏。Ni/Ti3SiC2复合镀层在3.5%NaCl溶液中的腐蚀反应主要是扩散过程起主导作用,Ti3SiC2颗粒的存在起到类似“封闭”的作用,分散腐蚀电流,推迟了腐蚀穿透到基质金属的进程。腐蚀只发生在表层很薄的区域,没有严重破坏的迹象。Ti3SiC2是人们研究最早的一种MAX相陶瓷,目前关于Ti3SiC2块体材料的制备、性能及应用方面的研究已有很多报道；将这种具有优异性能的Ti3SiC2作为薄膜材料或涂层也有着重要的意义。电泳沉积(Electrophoretic deposition, EPD)技术是在室温下制备陶瓷薄膜或涂层的一种行之有效的方法。采用这种方法制备MAX相薄膜或涂层可以避免在高温下MAX相发生分解或扩散反应。用于电泳沉积的悬浮液,其溶剂可以是水或有机溶剂如醇类、酮类等,但考虑到成本、环境友好等因素,水基体系在电泳沉积技术中的应用越来越广泛。该部分的主要研究内容如下：1.研究了pH值和分散剂聚丙烯酸(polyacrylic acid, PAA)对Ti3SiC2悬浮液的影响,包括颗粒平均粒度、Zeta电势及溶液的离子电导率。结果表明,添加PAA的悬浮液可以在较宽pH范围内避免颗粒发生团聚,悬浮液可以保持良好的分散状态；但分散剂PAA对Zeta电势没有较大影响,且由于PAA在溶液中发生解离会导致溶液的离子强度增加,即溶液的离子电导率增加；而溶液的离子电导率越高会影响带电颗粒在电场作用下的移动,这对颗粒的电泳沉积没有积极作用。2.因为体系的pH值越高,PAA的解离度越大,高离子化的分散剂分子会伸展成长链状而使分子间相互桥接,导致颗粒发生团聚,所以选择pH为7、在添加不同含量PAA的Ti3SiC2悬浮液中,采用电泳沉积法制备Ti3SiC2膜。根据SEM观察表面形貌发现在添加PAA的悬浮液中电泳沉积的Ti3SiC2膜上沉积量少且颗粒分布不均匀。3.着重研究了在不添加任何分散剂的水基体系中Ti3SiC2颗粒表面带电与稳定机理,以及Ti3SiC2颗粒在水基体系中的电泳沉积和各种因素对电泳沉积过程及沉积膜的影响。结果表明,1vol.%Ti3SiC2悬浮液在pH为9时有良好的稳定性,且颗粒表面带负电荷；在3V的工作电压下,采用阳极电泳沉积成功制备了均匀、致密的Ti3SiC2膜；沉积膜的质量和膜厚可以通过控制沉积时间来调节。此外,电泳沉积制备的Ti3SiC2膜具有(00l)择优取向,且择优取向度随着沉积时间的增加而降低。