化學鍍納米晶Ni-M-P合金鍍層的制備、微觀結(jié)構(gòu)和耐蝕性能.pdf

1、本文首先概述了納米晶材料的研究現(xiàn)狀，指出在納米晶材料研究中開展耐腐蝕性問題研究的重要意義；然后概述了化學鍍Ni-M-P鍍層的特點和應用，指出用化學鍍方法制備的Ni-M-P鍍層的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上通常是非晶態(tài)，具有優(yōu)異的耐蝕性能，但耐磨性能有待進一步提高；若用化學鍍方法能直接或間接獲得納米晶鍍層，可以將納米晶材料的高硬度和高耐磨性引入到化學鍍鍍層中，但化學鍍Ni-M-P納米晶鍍層的腐蝕性能的好壞將直接影響到其應用的前景?！　♂槍δ壳凹{米晶材料耐

2、蝕性能研究中存在的問題，本論文以Ni-M-P基納米晶鍍層為研究對象，重點考察了直接法和間接法獲得的納米晶鍍層在耐蝕性能上的特點和規(guī)律，并通過鍍層表面超薄鈍化膜的結(jié)構(gòu)和成分的分析，提出納米晶鍍層的耐蝕機理。另外，對亞共晶Ni-P合金中的非晶、混晶和納米晶三種結(jié)構(gòu)鍍層加熱時的相變行為、特別是混晶態(tài)鍍層的相變行為進行了詳細的研究，并應用掃描電鏡和透射電鏡對混晶態(tài)鍍層的表面形貌和顯微組織進行了分析?！　⊙芯堪l(fā)現(xiàn)，對于Ni-M-P化學鍍鍍層，磷

3、是促進鍍層非晶化的重要元素，W對鍍層結(jié)構(gòu)的非晶化有促進作用，Mo對鍍層結(jié)構(gòu)的作用看不出來。通過調(diào)節(jié)化學鍍的工藝參數(shù)，可以實現(xiàn)對Ni-M-P鍍層結(jié)構(gòu)(非晶、混晶、納米晶)的有效控制。通過對混晶鍍層進行合適溫度和時間的晶化處理，也可以獲得不含Ni3P相的納米晶鍍層?！　喒簿i-P合金鍍層根據(jù)其中磷含量的不同，可以生成非晶、混晶和納米晶三種結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)鍍層在DSC加熱曲線中表現(xiàn)出不同的相變規(guī)律：非晶鍍層有二個放熱峰，第一個漫散的放熱峰

4、對應從非晶中析出鎳晶體和結(jié)構(gòu)馳豫，尖銳的放熱峰對應從非晶基體中共晶析出(Ni+Ni3P)；納米晶鍍層只有一個放熱峰，對應從超固溶的鍍態(tài)納米晶鎳中脫溶析出Ni3P；混晶鍍層有三個放熱峰，其相變規(guī)律是非晶和納米晶兩相的相變規(guī)律的疊加。鍍態(tài)納米晶鍍層中固溶的磷處于超過飽和狀態(tài)，這是引起鍍態(tài)納米晶鍍層加熱時脫溶析出Ni3P的原因?！　EM和TEM研究結(jié)果表明，化學鍍Ni-(M)-P合金鍍態(tài)鍍層的表面形貌隨結(jié)構(gòu)不同而不同。鍍態(tài)非晶鍍層的表面形

5、貌是典型的胞狀體形貌；納米晶鍍層的表面形貌由黑白相間的微小顆粒組成；混晶鍍層的形貌是在胞狀體非晶內(nèi)分布有大量納米晶小顆粒，相當于非晶和納米晶形貌的疊加?？梢詮谋砻嫘蚊采蠈﹀儜B(tài)鍍層的結(jié)構(gòu)進行判斷。非晶晶化處理獲得的混晶鍍層與鍍態(tài)混晶鍍層的表面形貌相同，TEM微觀組織也相同；而晶化獲得的納米晶鍍層受到原來鍍態(tài)混晶或非晶表面形貌的影響，與鍍態(tài)納米晶鍍層的表面形貌不同，TEM微觀組織也有很大區(qū)別，即晶化獲得的納米晶鍍層表面形貌與微觀組織間沒有對

6、應的規(guī)律?！　±脴O化曲線研究了Ni-M-P鍍層的耐蝕性能，發(fā)現(xiàn)鍍層耐蝕性能隨著鍍層的結(jié)構(gòu)(非晶、混晶、納米晶)、體系(Ni-P、Ni-W-P、Ni-Mo-P)和狀態(tài)(鍍態(tài)、退火態(tài))的不同而顯著變化。從結(jié)構(gòu)來看，鍍態(tài)鍍層耐蝕性優(yōu)劣的順序是：非晶鍍層最好，混晶鍍層次之，納米晶最差；從合金元素種類來看，在相同結(jié)構(gòu)和磷含量相近的前提下，鍍態(tài)Ni-Mo-P和Ni-W-P三元合金鍍層的耐蝕性能優(yōu)于鍍態(tài)Ni-P鍍層的耐蝕性能；從處理狀態(tài)看，等溫晶

7、化處理后鍍層耐蝕性能會發(fā)生顯著變化，特別有意義的是，Ni-W-P和Ni-Mo-P三元混晶鍍層熱處理獲得的納米晶鍍層，其耐蝕性能甚至優(yōu)于同類的非晶態(tài)鍍層?！　±肵PS深入分析了晶化獲得的Ni-W-P體系納米晶鍍層耐蝕性能優(yōu)異的機理，指出晶界擴散通道正效應是導致晶化處理獲得的Ni-W-P體系納米晶鍍層的耐蝕性大幅提高的主要原因。無論是單相鎳或雙相Ni+Ni3P鍍層，只要其結(jié)構(gòu)為納米晶并且鍍層內(nèi)含有一定量的自鈍化元素，金屬晶界擴散正效應理

8、論都對其發(fā)揮作用。晶化獲得的Ni-W-P納米晶鍍層的表面鈍化膜是由NiO+WO3組成的復合鈍化膜?！　i-M-P鍍層的硬度隨著鍍層的結(jié)構(gòu)、體系和狀態(tài)的不同而顯著變化，鍍態(tài)非晶鍍層由于結(jié)構(gòu)的無序性，抵抗位錯移動和局部塑性變形的能力較強，比同體系鍍態(tài)納米晶和混晶態(tài)鍍層表現(xiàn)出較高的硬度；第三元素W的加入有助于提高鍍層的硬度，而Mo的加入對鍍層硬度沒有幫助；晶化退火獲得的Ni-M-P單相和雙相納米晶鍍層的硬度比鍍態(tài)鍍層的硬度都有大幅度提高。