纳米粒子改性化学镀nip合金的晶化行为研究

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1、11I请．卜海变通大学

2、尊十学位论文纳米粒子改性化学镀Nj_P合金的晶化行为研究摘要化学镀Ni—P合金含有非晶态组织，较高温度热处理后晶化为纳米晶结构。纳米粒子具有小尺寸效应和表面效应等特性，与晶化后的化学镀Ni—P合金的晶粒尺度处于同一数量级，很有可能影响非晶态Ni—P合金的晶化行为。向化学镀Ni—P合金溶液中添加纳米粒了可以制备粒子改性的Ni—P合金基表面复合材料。本文采用化学镀方法获得了多种纳米粒了改性的Ni—P合金，深入研究了其晶化行为，并与不含粒予的Ni—P合金以及超细粒子改性的Ni—P合金比较，得出了以下丰要结论：

3、(1)利用化学镀方法制备了多种磷含量的非晶态Ni～P合金。根据化学镀溶液成分和操作条件，深入分析了化学镀Ni—P过程，解决了合金制备过程中的镀液混浊问题。对超细粒了进行适当的预处理，添加到化学镀Ni—P合金溶液中，分别获得了不同粒径AI：0，、TiO!或SiC粒子改性Ni—P合金的化学复合镀层。(2)在理论方面研究了不同磷含量化学镀N卜P合金的组织结构及其转变规律，建立了非晶态Ni—P合金晶化模型，认为只有当非晶态合金的晶胚长大到临界最小晶粒尺寸时才能发牛晶化。计算得到了一定条件下不同磷含量Ni—P合金近似的晶化温度曲线。随着

4、磷含量升高，亚共晶Ni—P合金的晶化温度逐渐增高，过共晶的Ni—P合金略有下降。根据数学模拟结果修正了化学镀Ni—P合金的亚稳态相图，室温时磷含量较低的化学镀Ni—P合金为非晶相与固溶体相的混合相，而较高磷含量(5～25at％)的Ni—P合金为短程有序尺寸不同的长程无序非晶相。(3)利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HREM)对纳米A1。0。粒了改性化学镀Ni～P合金的组织结构进行了深入研究，结果表明纳米Al：0，粒子在合金基体中含量较高且分布均匀。x射线衍射(XRD)和差示扫描量热(DSC)分析结果表明

5、，纳米AI一0粒了的加入使得非晶态Ni_P合金基体的晶化温度降低，在2300c热处理24hrs后即发牛晶化。较高温度热处理后纳米A1：0。粒子改性化学镀Ni—P合金晶化完全，转变为面心立方的Ni和体心四方的Ni．。P。纳米Al：0，粒子改性化学镀Ni-P合金晶化活化能较低，325。C时的Avrami指数低于同样条件下制备的化学镀Ni-P合金。(4)纳米A1—0粒了加入后化学复合镀层显微硬度增加，比同样条件下得到的化学中请}：海交通人学博士学位论文镀Ni-P合金提高近10％。热处理后基体晶化使得化学复合镀层显微硬度进一步提高，经

6、400。C热处理lhr后，纳米A1。0，粒子改性Ni—P合金显微硬度达到最高值，超过HVmll50。而更高温度热处理后化学复合镀层中晶粒粗大，显微硬度降低。(5)利用SEM、XRD、DSC、TEM和HREM对纳米TiO：粒了改性Ni-P合金的组织结构进行了研究，结果表明纳米TJO?粒了的加入使得化学镀Ni-P合金的晶化温度降低，纳米TiO：粒子改性Ni—P合金晶化活化能较低。与纳米A1。0粒子改性化学镀Ni-P合金相同，晶化温度降低的原因是纳米粒子的加入向非晶态Ni-P合金基体中引入了界面。(6)通过SEM、XRD、TEM、H

7、REM和DSC对纳米SiC粒子改性化学镀Ni—P合金的表面形貌和组织结构及其转变进行了分析，结果表明纳米sic粒予改性Ni—P合金中粒子分布均匀且含量较高，SiC粒子没有改变基体的非晶态结构。热处理后Ni—P合金基体发生晶化，在较高温度热处理过程中Ni与sic发生反应，最终产物为晶体Ni、化合物Ni⋯PNi。Si和游离C。超细SiC粒了改性Ni—P合金的晶化温度基本不受粒子尺寸影响，但反应温度与粒子尺寸有关：SiC粒径越小，与Ni的反应温度越低。(7)纳米SiC粒了改性化学镀Ni—P合金的显微硬度因为粒了的加入而明显提高，热处

8、理后显微硬度进一步提高，在400。C热处珲lhr后达到最大值。对三种不同粒径的siC粒了改性Ni—P合金进行了干摩擦磨损试验，结果表明粒了加入后复合镀层的摩擦系数变大，磨损量减小。化学复合镀层热处理后摩擦系数增大，磨损量减小，耐磨性进一步提高，磨损形式由粘着磨损转变为磨料磨损。本文的主要创新之处在于以下几个方面：(1)对化学镀Ni—P合金的组织结构与转变进行了数学模拟，得到了不同磷含量的Ni-P合金的晶化起始温度。结合试验结果修正了化学镀Ni-P合金亚稳态相图，认为不同磷含量(5～25at％)的化学镀Ni—P合金是短程有序尺寸

9、不同的长程无序非晶相：(2)通过多种于段分别考察了纳米A1。0。粒了或纳米Ti仉粒了改性化学镀Ni—P台金的组织结构与转变，发现纳米粒了降低了非晶态化学镀Ni～P合金基体的晶化温度，原因是纳米粒子向非晶态基体中引入了界面；(3)对纳米SiC粒了改性化学镀Ni—P合金的组织结构