納米粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金的晶化行為研究.pdf

1、化學(xué)鍍Ni-P合金含有非晶態(tài)組織，較高溫度熱處理后晶化為納米晶結(jié)構(gòu)。納米粒子具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特性，與晶化后的化學(xué)鍍Ni-P合金的晶粒尺度處于同一數(shù)量級，很有可能影響非晶態(tài)Ni-P合金的晶化行為。向化學(xué)鍍Ni-P合金溶液中添加納米粒子可以制備粒子改性的Ni-P合金基表面復(fù)合材料。本文采用化學(xué)鍍方法獲得了多種納米粒子改性的Ni-P合金，深入研究了其晶化行為，并與不含粒子的Ni-P合金以及超細(xì)粒子改性的Ni-P合金比較，得出了以下主

2、要結(jié)論： (1)利用化學(xué)鍍方法制備了多種磷含量的非晶態(tài)Ni-P合金。根據(jù)化學(xué)鍍?nèi)芤撼煞趾筒僮鳁l件，深入分析了化學(xué)鍍Ni-P過程，解決了合金制備過程中的鍍液混濁問題。對超細(xì)粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，添加到化學(xué)鍍Ni-P合金溶液中，分別獲得了不同粒徑Al2O3、TiO2或SiC粒子改性Ni-P合金的化學(xué)復(fù)合鍍層。 (2)在理論方面研究了不同磷含量化學(xué)鍍Ni-P合金的組織結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變規(guī)律，建立了非晶態(tài)Ni-P合金晶化模型，認(rèn)為只有

3、當(dāng)非晶態(tài)合金的晶胚長大到臨界最小晶粒尺寸時(shí)才能發(fā)生晶化。計(jì)算得到了一定條件下不同磷含量Ni-P合金近似的晶化溫度曲線。隨著磷含量升高，亞共晶Ni-P合金的晶化溫度逐漸增高，過共晶的Ni-P合金略有下降。根據(jù)數(shù)學(xué)模擬結(jié)果修正了化學(xué)鍍Ni-P合金的亞穩(wěn)態(tài)相圖，室溫時(shí)磷含量較低的化學(xué)鍍Ni-P合金為非晶相與固溶體相的混合相，而較高磷含量(5～25at﹪)的Ni-P合金為短程有序尺寸不同的長程無序非晶相。 (3)利用掃描電鏡(SEM)、

4、透射電鏡(TEM)和高分辨電鏡(HREM)對納米Al2O3粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明納米Al2O3粒子在合金基體中含量較高且分布均勻。X射線衍射(XRD)和差示掃描量熱(DSC)分析結(jié)果表明，納米Al2O3粒子的加入使得非晶態(tài)Ni-P合金基體的晶化溫度降低，在230℃熱處理24hrs后即發(fā)生晶化。較高溫度熱處理后納米Al2O3粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金晶化完全，轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎降腘i和體心四方的Ni3P。

5、納米Al2O3粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金晶化活化能較低，325℃時(shí)的Avrami指數(shù)低于同樣條件下制備的化學(xué)鍍Ni-P合金。 (4)納米Al2O3粒子加入后化學(xué)復(fù)合鍍層顯微硬度增加，比同樣條件下得到的化學(xué)鍍Ni-P合金提高近10﹪。熱處理后基體晶化使得化學(xué)復(fù)合鍍層顯微硬度進(jìn)一步提高，經(jīng)400℃熱處理lhr后，納米Al2O3粒子改性Ni-P合金顯微硬度達(dá)到最高值，超過HV501150。而更高溫度熱處理后化學(xué)復(fù)合鍍層中晶粒粗大，顯微

6、硬度降低。 (5)利用SEM、XRD、DSC、TEM和HREM對納米TiO2粒子改性Ni-P合金的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明納米TiO2粒子的加入使得化學(xué)鍍Ni-P合金的晶化溫度降低，納米TiO2粒子改性Ni-P合金晶化活化能較低。與納米Al2O3粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金相同，晶化溫度降低的原因是納米粒子的加入向非晶態(tài)Ni-P合金基體中引入了界面。 (6)通過SEM、XRD、TEM、HREM和DSC對納米SiC粒子改

7、性化學(xué)鍍Ni-P合金的表面形貌和組織結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變進(jìn)行了分析，結(jié)果表明納米SiC粒子改性Ni-P合金中粒子分布均勻且含量較高，SiC粒子沒有改變基體的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。熱處理后Ni-P合金基體發(fā)生晶化，在較高溫度熱處理過程中Ni與SiC發(fā)生反應(yīng)，最終產(chǎn)物為晶體Ni、化合物Ni3P、Ni3Si和游離C。超細(xì)SiC粒子改性Ni-P合金的晶化溫度基本不受粒子尺寸影響，但反應(yīng)溫度與粒子尺寸有關(guān)：SiC粒徑越小，與Ni的反應(yīng)溫度越低。 (7)納米

8、SiC粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金的顯微硬度因?yàn)榱Ｗ拥募尤攵黠@提高，熱處理后顯微硬度進(jìn)一步提高，在400℃熱處理1hr后達(dá)到最大值。對三種不同粒徑的SiC粒子改性Ni-P合金進(jìn)行了干摩擦磨損試驗(yàn)，結(jié)果表明粒子加入后復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)變大，磨損量減小?；瘜W(xué)復(fù)合鍍層熱處理后摩擦系數(shù)增大，磨損量減小，耐磨性進(jìn)一步提高，磨損形式由粘著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チ夏p。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新之處在于以下幾個(gè)方面： (1)對化學(xué)鍍Ni-P合金的組織結(jié)構(gòu)

9、與轉(zhuǎn)變進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，得到了不同磷含量的Ni-P合金的晶化起始溫度。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果修正了化學(xué)鍍Ni-P合金亞穩(wěn)態(tài)相圖，認(rèn)為不同磷含量(5～25at﹪)的化學(xué)鍍Ni-P合金是短程有序尺寸不同的長程無序非晶相； (2)通過多種手段分別考察了納米Al2O3粒子或納米TiO2粒子改性化學(xué)鍍Ni-P合金的組織結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)變，發(fā)現(xiàn)納米粒子降低了非晶態(tài)化學(xué)鍍Ni-P合金基體的晶化溫度，原因是納米粒子向非晶態(tài)基體中引入了界面； (3)對納米S