含ZrO2功能復(fù)合鍍層的制備及其性能研究.pdf

1、復(fù)合鍍層是一種具有特殊功能的新型鍍層復(fù)合材料，它既具有基質(zhì)金屬的優(yōu)良特性，又具有分散微粒的特殊功能特點(diǎn)。本文通過化學(xué)復(fù)合鍍和復(fù)合電沉積的方法，選取微米級和納米級ZrO2顆粒為增強(qiáng)相，Ni為鍍層基質(zhì)金屬，在Q235碳鋼基體上分別制備出Ni-P-ZrO2微米復(fù)合鍍層和Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層。研究了鍍液中ZrO2顆粒的加入量和攪拌速率與復(fù)合鍍層的性能之間的關(guān)系，確定了鍍液中ZrO2顆粒的最佳添加濃度；利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、能

2、譜儀(EDS)和X-ray衍射儀(XRD)等手段對復(fù)合鍍層的截面形貌、化學(xué)成分和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明，ZrO2顆粒均勻地分布于整個Ni-P基質(zhì)鍍層內(nèi)，界面鍍層與基體界面清晰，且結(jié)合比較緊密。整個復(fù)合鍍層平整均勻，厚度約55μm左右。鍍態(tài)下復(fù)合鍍層的物相為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)；當(dāng)鍍液中ZrO2顆粒含量達(dá)到9g/L時，鍍層顆粒含量和鍍速均達(dá)到最大，分別為14.3wt.％和21.2μm/h；添加ZrO2粒子能顯著提高復(fù)合鍍層耐蝕性、硬度和耐

3、磨性，復(fù)合鍍層經(jīng)熱處理以后，鍍層有明顯的晶化現(xiàn)象，析出Ni3P等硬質(zhì)相，鍍層硬度上升，經(jīng)400℃熱處理硬度達(dá)到最大，耐磨性最好。
　　 研究了表面活性劑對納米ZrO2復(fù)合電鍍液懸浮分散性的影響，探討了電沉積過程中攪拌方式對鍍層納米顆粒分散性的影響。結(jié)果表明，采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非離子分散劑使納米ZrO2在電鍍液中具有較好的懸浮分散性。在納米復(fù)合電沉積過程中，采用機(jī)械+間接超聲攪拌沉積的攪拌方式能使鍍層中的ZrO2顆粒以接近納米尺寸的粒

4、徑大小分布于Ni基合金中。采用氧化增重的方法重點(diǎn)研究了Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層的高溫抗氧化性能，并對氧化前后的微觀形貌和顯微組織進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明，經(jīng)800℃以上高溫氧化時，納米復(fù)合鍍層的高溫產(chǎn)物主要為具有小平面化特征的NiO，這些NiO互相連在一起形成一層致密的氧化膜，對基體起到了很好的保護(hù)作用。納米ZrO2鑲嵌于鎳基質(zhì)中，一方面阻礙了高溫條件下氧在鍍層中的擴(kuò)散，降低了復(fù)合鍍鎳層的氧化速度，另一方面可以阻止Ni2+晶界的短路