机械镀工艺经过近几十年的发展,目前只有机械镀锌工艺得到推广运用。随着高强度机械零部件对表面防护要求的不断提高,单一的机械镀锌层难以满足当前服役环境的要求,这为高耐腐蚀金属防护层的研究和应用提供了良好契机。将钛及钛合金作为涂镀防护层,目前主要的工艺方法有熔盐电镀、溅射沉积和冷热喷涂等,但此类工艺的加工环境要求高、材料消耗数量大,应用受到一定限制。通过机械镀工艺在待保护材料表面制备锌钛复合相关镀层,能够提高普通机械镀锌层的耐蚀性能,同时能够延伸机械镀工艺的适用范围、拓宽钛及钛合金的运用途径。鉴于此,本文通过机械镀直接添加钛粉的方式,在钢铁基体表面制备锌钛复合机械镀层,对锌钛复合机械镀层的制备过程和性能展开研究。对于镀层制备过程,首先采用对比试验选取合适的钛粉活化介质,将钛粉表面氧化层去除,在镀液环境中能够持续保持活化易反应的状态,并观察锌钛混合粉末的沉积吸附过程。将活化的钛粉进行镀层试制,以镀层试制过程和结果为参考,选定合适的镀层质量的影响因素作为单因素变量,进行镀层制备的正交优化方案设计。镀层制备的优化实验主要评分项目包括复合镀层的厚度、1000h盐雾试验的腐蚀面积、自腐蚀电位、腐蚀电流密度、极化电阻等特性。对镀层各项特性统计分析,确定最佳锌钛复合机械镀层制备方案。性能检测方面,针对锌钛复合机械镀层,借助光学显微镜、XRD、SEM和EDS等微观观察和成分分析方法,对复合镀层的微观组织形貌和沉积机理进行探究;用划格法检测分析了镀层的结合强度,用贴纸法检测镀层的孔隙率,用电化学极化法检测分析了镀层的自腐蚀电位和腐蚀电流密度,用中性盐雾试验检测镀层的耐腐蚀性能。主要研究分析:(1)对比氟化钠、氢氟酸和氟化氢铵三种主要的活化介质,钛粉在氟化氢铵溶液里的活化效率较高,能够与钛粉发生反应并持续时间较长,使钛粉活化保持稳定。吸附沉积实验中,锌钛混合粉中的钛粉含量越高,团絮状物中残留的钛粉也越多,最后所得镀层中钛粉含量也会越多,但因此造成的浪费也越严重,钛粉的使用量对镀层中钛颗粒含量影响较大。(2)锌钛复合镀层最佳制备方案:锌钛粉末的混合质量比为15:11、氟化氢铵5g、硫酸亚锡15g、乌洛托品3g、OP-10 0.8g、酒石酸4g、EDTA2g。(3)锌钛复合镀层的主要组成为混合单质,不存在化合物。金属锡大量存在于镀层之中,主要位于各金属颗粒之间、镀层与基体之间的连接处,锡盐的主要作用是作为先导金属引导吸附以及作为各组织间的连接材料,起到连接和包覆金属颗粒的作用。镀层的各金属颗粒和金属锡之间接触紧密,界限明显,其中大部分金属颗粒在玻璃珠和工件的冲击碰撞作用下发生了塑性变形。(4)金属颗粒和金属锡聚团之间相互挤压堆叠的状态阻碍和延长了腐蚀介质侵入基体的路径。镀层结合强度大,未见镀层翘起或脱落。在5%氯化钠溶液中,复合镀层的自腐蚀电位为腐蚀电位Em为-1096m V左右,腐蚀电流密度为1.31m A/cm~2,镀锌层腐蚀电流密度2.03m A/cm~2。复合镀层相较于铁基体(-600m V)为阳极性保护镀层,复合镀层自腐蚀电位比机械镀锌层(-1240m V)高144m V,腐蚀电流密度降低。在中性盐雾试验条件下,720h时复合镀层出现的红锈面积约为镀锌层的15%,腐蚀过程中镀层生成的白锈也有能够阻碍腐蚀介质对基体的腐蚀,但保护时间较短。