酸性浴中钴含量递增对化学镀Ni-Co-P薄膜力学及摩擦学性能的影响研究

本文系统研究了酸性化学镀浴中钴(Co)含量递增对Ni-Co-P薄膜性能的影响。通过纳米压痕(nanoindentation)和销-盘摩擦试验(pin-on-disc)发现，随着Co含量增加，薄膜弹性模量(159.5→209.2 GPa)和纳米硬度(6.59→9.26 GPa)显著提升，磨损率降低达87%。研究揭示了钴促进稳定氧化层形成、抑制粘着磨损(adhesive wear)的机制，为优化化学镀工艺提供了重要依据。

　　

Highlight
本研究通过纳米压痕和销-盘摩擦试验，首次系统阐明了钴含量变化对Ni-Co-P涂层摩擦力学性能的影响机制。

Substrate pretreatment and coating deposition
基材预处理与涂层沉积
采用AISI 1040中碳钢作为基材，经过机械抛光、丙酮超声清洗、盐酸蚀刻和PdCl₂活化等预处理后，在酸性化学镀浴中沉积Ni-Co-P薄膜。

Deposition rate
沉积速率
如图3a所示，沉积速率随CoSO₄摩尔比呈现先略增后骤降的趋势。当摩尔比达0.6时，沉积速率急剧下降导致膜厚不足，因此该比例样品被排除在后续研究之外。

XRD-structural analysis
X射线衍射结构分析
所有样品XRD图谱(图7)均显示典型的非晶态特征，仅出现fcc Ni<111>晶面的宽化衍射峰。值得注意的是，随着钴含量增加，该衍射峰逐渐宽化并向低角度偏移，表明钴的引入显著破坏了镍的短程有序结构。

Conclusion
结论

1. X射线分析表明所有薄膜均呈现以fcc Ni<111>为特征的短程有序非晶结构，钴含量增加会显著破坏这种有序性。
2. 表面形貌从低钴样品的光滑半球状结节，转变为高钴样品的菜花状粗糙结构，表面粗糙度随之增加。
3. 纳米压痕显示弹性模量和硬度随钴含量增加显著提升，最高分别达209.2 GPa和9.26 GPa。
4. 摩擦学测试表明钴含量增加使磨损率降低达87%，高钴样品甚至出现"负磨损"现象，这主要归因于摩擦氧化层的形成。
5. 磨损机制分析揭示低钴涂层以粘着磨损为主，伴有磨粒磨损和氧化磨损；而高钴涂层则通过形成稳定氧化层有效抑制了粘着磨损。

（注：翻译严格遵循了专业术语标注、保留原文符号格式等要求，删除了文献引用标识，采用生动专业的表达方式，如"菜花状"形容形貌、"负磨损"等形象表述）