喷射电沉积技术具有沉积速度快、晶粒细密、镀层表面性能优越等优点,已被广泛应用于多个领域。Ni-P-ZrO2复合镀层具有较高的硬度,良好的耐磨、耐腐蚀性能,可用于提高零件的表面性能,具有广阔的应用前景。目前,对回转体表面喷射电沉积Ni-P-Zr02复合镀层的研究较少,一方面,对镀层制备的研究主要集中在平面镀,在回转体表面制备镀层的研究较少,另一方面,对Ni-P-ZrO2复合镀层制备的研究多为化学镀或传统电沉积,而对喷射电沉积的研究较少。本文利用搭建的喷射电沉积装置进行试验,对回转体表面喷射电沉积Ni-P-Zr02复合镀层的工艺及其性能进行研究。主要研究内容如下:(1)回转体表面喷射电沉积过程的多物理场耦合仿真。基于COMSOL Multiphysics软件,分别建立电镀二次、湍流、稀物质传递三个物理场的数学模型,然后通过三者间的相互关系,推导出多物理场的耦合模型,最后进行数值求解。本文主要研究了不同加工方式(喷头横向放置和纵向放置)、不同喷头形状(锥形和直管状)和不同喷嘴尺寸(1mm×11mm、1.5mm×11mm、2mm×11mm)对加工过程的影响,并对比了加工间隙内流速和电流密度的大小以及分布的均匀性,通过综合分析,认为选用喷嘴尺寸为1.5mm×11mm的锥形喷头,纵向放置加工,所得镀层的性能最佳。(2)回转体表面喷射电沉积基础试验研究。本文分别选用不同加工方式、不同喷头形状、不同喷嘴尺寸的喷头,在相同的的工艺参数下,进行回转体表面喷射电沉积试验,通过对比分析镀层的表面形貌、表面粗糙度、显微硬度、磨痕宽度,发现利用喷嘴尺寸为1.5mm×11mm的锥形喷头纵向放置时加工,所制备的镀层性能最优,与仿真结果一致,验证了仿真模型的准确性,同时弥补了仿真的不足。(3)Zr02颗粒浓度的确定。基于前文确定的喷头以及加工方式,选用50nm的Zr02颗粒,浓度分别为Og/L、5g/L、10g/L、15g/L和20g/L,在相同工艺条件下进行试验,对比不同颗粒浓度下,镀层的表面形貌、表面粗糙度、显微硬度、磨痕宽度,通过综合分析,确定最佳的颗粒浓度为10g/L。(4)喷射电沉积Ni-P-ZrO2复合镀层工艺试验研究。利用JMP软件设计试验,基于前文选定的喷头、加工方式及颗粒浓度,进行喷射电沉积试验,通过逐步分析法建立各响应的数学模型,探讨电流、镀液流速、阴极转速、温度对镀层显微硬度、镀层厚度、磨痕宽度、表面粗糙度的影响,分析发现,各因子间存在明显的交互作用,一个因子对镀层性能的影响会随着另一个因子的变化而变化,最后通过期望函数法,得到回转体表面喷射电沉积Ni-P-ZrO2复合镀层的最佳工艺参数为:电流0.8A,镀液流速4.04m/s,阴极转速7.20r/min,温度64.91℃,最优参数下所制备镀层的各项性能为:显微硬度703.22HV,镀层厚度59.81μm,磨痕宽度257.19μm,表面粗糙度0.207μm。(5)Ni-P-ZrO2复合镀层耐腐蚀性研究。通过动电位扫描法测定Ni-P-ZrO2复合镀层、Ni-P合金镀层以及45钢基体不同时间的极化曲线,然后利用极化曲线外延法得到其腐蚀电位、腐蚀电流密度以及腐蚀速率,试验发现45钢基体的最大腐蚀电流密度约是Ni-P-ZrO2复合镀层的10倍,约是Ni-P合金镀层的6倍,Ni-P合金镀层和Ni-P-ZrO2复合镀层都具有较好的耐腐蚀性,ZrO2颗粒的加入,增强了镀层的耐腐蚀性能。