化学复合镀是在普通化学镀基础上通过在镀液中添加惰性颗粒,使之与基质合金共沉积,从而获得功能复合镀层的一种表面处理方法。金刚石复合镀层作为一种理想的高硬耐磨复合镀层,在降低机械设备磨损、延长使用寿命、节约资源与能源等方面有着广泛的应用前景。本文开展了不同基体表面制备高性能金刚石复合镀层的制备工艺和机理研究;采用SEM、TEM、三维轮廓形貌仪(ADE)、金相显微镜、显微硬度仪、摩擦磨损试验机、激光粒度仪等手段研究了复合镀层的表面形貌、组织结构、显微硬度、耐磨性能以及金刚石颗粒在镀液与镀层中的分散与分布特性。本文主要的研究工作及取得的成果如下:1、研究了金刚石颗粒在化学镀液中的分散特性。探索了化学镀液浓度、镀液温度、超声作用、表面活性剂种类及含量、搅拌转速、搅拌槽结构对水体系中金刚石粒径分布的影响。结果表明:金刚石颗粒在去离子水中的分散性能明显优于含有化学镀液的分散介质;当分散介质中化学镀液浓度(Velect:VDI)达到5‰时,金刚石颗粒就开始出现明显团聚,随着分散介质中化学镀液浓度的逐渐增大,颗粒团聚越严重;超声处理、添加表面活性剂、提高搅拌转速及改进搅拌槽结构等方式均能有效提高金刚石颗粒在介质中的分散。2、优化了金刚石复合镀层的制备工艺。在对复合镀槽结构及工艺条件优化的基础上,重点研究了搅拌转速与镀槽结构对复合镀层组织形貌、沉积速率、镀层金刚石含量、显微硬度及耐磨性的影响;并通过Fluent数值仿真和复合镀试验,对比了工艺优化前后复合镀液中固液两相流场特性。结果表明:镀槽内添加挡板、提高搅拌转速,能有效改善镀液的流场特性,有利于镀液湍流的充分发展,提高湍流强度与雷诺切应力,显著提高金刚石在镀液中的分散与分布;优化后,金刚石复合镀层性能得到大幅提高。3、比较分析了不同类型金刚石复合镀层的性能及磨损机理。重点研究了微米金刚石粒径对镀层组织形貌、镀层金刚石含量、显微硬度及耐磨性的影响,并与纳米金刚石复合镀层、Ni-P化学镀层进行了比较;探讨了微米金刚石颗粒在复合镀层中的沉积机理以及复合镀层的磨损机理。研究表明:随着微米金刚石粒径的增大,复合镀层中金刚石颗粒含量、镀层耐磨性显著提高;与Ni-P化学镀层比较,由于复合镀层中金刚石形态及含量的差异,在不同的热处理温度下,各类型微米金刚石镀层的显微硬度明显不同;微米金刚石镀层在磨损过程中主要存在磨粒磨损与粘附磨损,并且这两种磨损形式均与镀层中金刚石颗粒的沉积形态及颗粒自身特性有关。4、开发了一种在铝及其合金表面制备高性能金刚石复合镀层的基本工艺。基于“直接镀”的设计思想,研究了铝质基体表面直接镀覆的前处理工艺,并在铝质工件表面制备了纳米金刚石复合镀层;研究了热处理温度对镀层结合强度、显微硬度、组织形貌、元素扩散的影响;探索了镀液中纳米金刚石含量对镀层沉积速率、镀层金刚石含量的影响。结果表明:随着热处理温度的提高,由于镀层与基体之间原子的相互扩散,纳米金刚石复合镀层与铝基体间的结合强度显著提高;与此同时,复合镀层的组织形态发生明显转变;在同等搅拌方式及搅拌强度下,随着复合镀液中纳米金刚石含量的逐渐增大,镀层的沉积速率逐渐降低,而镀层中的金刚石含量先逐渐增大,达到最大值后,又呈下降趋势;当镀液中纳米金刚石含量为5g/L时,镀层中金刚石含量最大。