化學(xué)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(kāi)展耐腐蝕性問(wèn)題研究的重要意義；然后概述了化學(xué)鍍Ni-M-P鍍層的特點(diǎn)和應(yīng)用，指出用化學(xué)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(jìn)一步提高；若用化學(xué)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(xué)鍍鍍層中，但化學(xué)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(yīng)用的前景?！　♂槍?duì)目前納米晶材料耐

2、蝕性能研究中存在的問(wèn)題，本論文以Ni-M-P基納米晶鍍層為研究對(duì)象，重點(diǎn)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(diǎn)和規(guī)律，并通過(guò)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(jī)理。另外，對(duì)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(shí)的相變行為、特別是混晶態(tài)鍍層的相變行為進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并應(yīng)用掃描電鏡和透射電鏡對(duì)混晶態(tài)鍍層的表面形貌和顯微組織進(jìn)行了分析?！　⊙芯堪l(fā)現(xiàn)，對(duì)于Ni-M-P化學(xué)鍍鍍層，磷

3、是促進(jìn)鍍層非晶化的重要元素，W對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)的非晶化有促進(jìn)作用，Mo對(duì)鍍層結(jié)構(gòu)的作用看不出來(lái)。通過(guò)調(diào)節(jié)化學(xué)鍍的工藝參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Ni-M-P鍍層結(jié)構(gòu)(非晶、混晶、納米晶)的有效控制。通過(guò)對(duì)混晶鍍層進(jìn)行合適溫度和時(shí)間的晶化處理，也可以獲得不含Ni3P相的納米晶鍍層。　　亞共晶Ni-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(gè)放熱峰，第一個(gè)漫散的放熱峰

4、對(duì)應(yīng)從非晶中析出鎳晶體和結(jié)構(gòu)馳豫，尖銳的放熱峰對(duì)應(yīng)從非晶基體中共晶析出(Ni+Ni3P)；納米晶鍍層只有一個(gè)放熱峰，對(duì)應(yīng)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(gè)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(guò)飽和狀態(tài)，這是引起鍍態(tài)納米晶鍍層加熱時(shí)脫溶析出Ni3P的原因?！　EM和TEM研究結(jié)果表明，化學(xué)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(dāng)于非晶和納米晶形貌的疊加。可以從表面形貌上對(duì)鍍態(tài)鍍層的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(lái)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(méi)有對(duì)

6、應(yīng)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(lái)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(lái)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(huì)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(jī)理，指出晶界擴(kuò)散通道正效應(yīng)是導(dǎo)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(wú)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(kuò)散正效應(yīng)理

8、論都對(duì)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(fù)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(wú)序性，抵抗位錯(cuò)移動(dòng)和局部塑性變形的能力較強(qiáng)，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(duì)鍍層硬度沒(méi)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。