高性能镍硼合金镀层的制备与研究

《高性能镍硼合金镀层的制备与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要高性能镍硼合金镀层的制备与研究摘要—、、i长期以来，提高材料的耐磨性一直是一个困扰材料研究者的难题，开发研制化学镀镍硼合金镀层对于解决这一难题极具潜力，特别是基体材料尺寸精度要求高、避免工件变形的场合采用化学镀更具优势。化学镀镍硼合金以其高硬度和制备温度低而倍受瞩目，该法工艺简单、成本低廉，这对于节省大萤的资源和能源、提高材料使用与环境之间的协调性具有重要意义。、『本文针对化学镀镍硼合金的组织结构、性能进行了系统、全面地研究，特别侧重探索高硬度镀层获得的途径，并力图弄清其产生的机理。通过深入、系统地研究镍硼合金镀层的组织结构和硬度变化的规律，发现了具有层错结构的非晶一晶态双结构镀层及其自

2、然时效现象，揭示了晶化反应及时效相变机制，为该合金涂层的进一步开发和应用提供了重要的理论依据。／从化学镀沉积生长方式的理论模型出发，探讨了化学镀镍硼合金镀层的生长沉积方式，通过实验证实了镀层的纵、横向生长速度之比是决定沉积生长方式的关键因素。当纵向生长速度高于横向生长速度时，镀层以柱状方式生长；反之，以粒状或叠层方式生长。不同生长方式下形成的镀层组织结构和形貌有差异。这对控制镀覆工艺、调整镀层结构具有重要的指导作用。丫通过改变镀覆工艺条件得到影响镀层制备的几个关键因素。其中还原剂、络合剂和镍盐的浓度以及温度等是影响镀速的主要因素。镀层的硼含量主要取决于硼氢化钾的加入量；此外，镀速也对镀层硼含

3、量有一定影响。上海交通大学I学博±学位论文————————————————_———__——-—————————————’—————-———__H_H_————●—————‘-——————————’—_-—————————-————————_————————————————、l对镀态为非晶．晶态双结构的镍硼合金镀层进行了重点分析，TEM测定结果证实组织中有层错存在，迄今为止在化学镀镍硼合金镀层中这一结构未见报道。形成该双结构取决于镀层硼含量及镀速。对该结构镀层晶化相变的研究结果表明：晶化反应主要有三种类型，分别在300℃、400℃、425形成Ni3B、Ni2B、Ni483三种反应产物。通过实验

4、发现某些热处理态的镀层存在自然时效现象，表现为硬度随时效时间的延长而降低。经XRD分析证实其原因是镀层中Ni。B3、Ni。B相的出现，它们在室温下不稳定、易分解，造成镍硼合金镀层的硬度发生改变。特别是经400℃或500℃处理后，镀层中出现Ni。B。时，时效现象最为严重。热处理过程中，影响镀层硬度的主要因素及其表现是：应力松弛、氢气释放和硼的脱溶降低镀层硬度；晶化产物析出有助于提高硬度，且随着其数量增加镀层硬度提高幅度加大，特别是出现Ni2B、Ni。B3时，镀层硬度更高；但这些析出物的过度长大降低镀层硬度。300℃及低于该温度处理组织转变缓慢，长时间保温能使其发生转变，镀层硬度提高；400℃及

5、高于该温度处理时，晶化相变反应剧烈，硬度提高幅度大。通过AFM观察到热处理态的镀层晶粒表面形成纳米尺度的突起。分析表明：它们的尺寸与镀层硬度之间满足正H-P关系，这为获得更高硬度镀层提供了理论依据。实验中还发现：两步热处理法能够较好地改变和控制镀层晶粒表面的纳米突起的尺寸，这与镍硼合金晶化产物长大的有序原子集团切变沉积方式有关；通过该法获得的镀层硬度比其它热处理工艺的高。进一步通过激光表面处理实现对镍硼合金镀层的极端条件下热处理，以获得更高硬度镀层。实验发现当激光功率为500W、扫描速度60mm／s时，处理后的非晶一晶态双结构镀层出现硬度高达HVl700～1900的局部镀层组织。分析表明，产

6、生该现象的原因在于：激光处理时，短暂的加热仅使硼原子发生近程扩散，这样晶化过程中形成的镍硼化合物尺寸极为细小，从而获得具有超高硬度、细化的镍硼合金组织。II捅要摩擦磨损实验表明：镍硼合金镀层的摩擦磨损特性睫镀层的组织结构、硬度及磨损条件而变化。在干摩擦条件下，摩擦系数随载荷的增加呈下降趋势：磨损时的外加载荷存在一个临界载荷值，载荷高于该值时，镀层磨损加剧：热处理后的镀层磨损率随滑动速度提高丽降低，这与镀层产生保护性的氧化膜有关；高硬度的镍硼合金镀层在低载、高滑动速度条件下具有最好的耐磨性。与干摩擦条件时相比较，在油润滑的条件下，镍硼合金镀层的摩擦系数下降，耐磨性大幅提高，这主要是由于磨损过程

7、中镀层受到油膜的保护而使其磨损程度大为减轻。镍钼硼合金镀层在镀态即具有非常好的耐磨性，故该合金镀层特别适于基材要求尺寸精度高的场合。1关键词：化学镀镍，镍硼合金，光表面处理，耐磨性硬陡，镀层，热处理，自然必警，激i海交通大学I学博士学位论文——————————————————————————————————————H——————————————————一_———————————————————————————