铜置换包覆铁粉末的工艺及机理研究

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1、重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要包覆粉末是一种新型的多相复合的粉末合金材料，它品种众多、性能独特，已广泛地用于国防工业、机械制造、化学工业等领域。包覆粉末在微观上具有多相性，包覆完整，可按不同需求突出各组分的特点；在宏观上具有均一性，可使产品金相结构均匀，大大减少或消除混合不均匀所造成的产品成分组织不一、性能不稳定的弊病。另外，包覆粉末还可以改变粉末的表面特性，从而改善粉末的工艺性能，制备性能更优异的粉末冶金材料和制品。攀钢转炉污泥铁粉属气雾化成粉，粉末多为近光滑球形，传统的压制和烧结粉末冶金工艺应用困难，使用范围受到了一定的限制。为此，本课题针对攀钢转炉污泥铁粉的实际，采用化学置换镀的方法，

2、在其铁粉表面包覆一层金属铜，既对原攀钢转炉污泥铁粉进行表面改性，又制备质优价廉的粉末冶金用铜包铁复合粉末。本文采用X射线衍射仪()am)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、化学滴定等测试手段和方法对包覆层断面显微组织、表面形貌、覆层中的元素进行了分析；通过正交实验，研究了添加剂对镀层质量的影响，优化了工艺参数；通过对比试验，研究了不同钝化剂对铜镀层的钝化效果；通过动力学试验，研究了温度、搅拌速率、初始铜浓度以及溶液pH值对置换速率的影响，并在此基础上计算了铜离子的扩散系数。研究表明，随着丙稀基硫脲、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇及乙酸钠加入量的增加先好后差，即四种添加剂的加入量均有一个极值。得出最优加

3、入量为：乙酸钠15∥L，丙稀基硫脲O．5∥L，十二烷基硫酸钠lg／L，聚7,--醇59／L。通过金相断面分析知，要获得一个良好的置换镀层，Cu的沉积速度不能过快，在原始镀液中加入适量的复合添加剂，能够获到与基体结合好、连续完整的铜镀层。为了保护铜镀层在一定时期内不被氧化，通过耐蚀试验得出BTA—OP．10系复配钝化剂对铜包铁粉的钝化效果优良，并得出其最优加入量为：BTA0．5％，OP．101"---3g／L。采用本包覆工艺、添加剂和钝化剂，对200kg攀钢污泥铁粉末进行铜包覆批试，获得了满意的包覆效果，其铜包覆量和工艺性能达到了使用的要求。经济和社会效益十分可观。文中还通过热力学和动力学的分析

4、得知，在置换包覆过程中，当k<>D／6时，速度为(D／d)．A．(Mel2+)，过程为扩散环节所控制。在粉末表面异相形核所需的形核功比重庆大学硕士学位论文中文摘要均相形核的形核功小，在同等条件下，异相形核优于均相形核。置换反应速度随镀液浓度、温度的增大而增大。过程为化学反应控制时，搅拌不影响置换速度；当为扩散所控制时，随着温度升高，置换速度增加。镀液pH值过大，会发生析氢反应，过小会使某些金属离子水解降低置换速度。另外，在镀液中加入添加剂能改善镀层的质量。动力学实验表明，硫酸铜溶液中、铜被置换包覆在铁粉的体系中，置换速率明显

5、受到温度、搅拌速率、初始铜浓度以及溶液pH值的影响。置换速率随温度、搅拌速率和初始铜浓度的增加而增加。溶液pH值在弱酸性时，有利于置换反应的进行。该体系的置换反应机理符合扩散控制机理。动力学数据服从一级反应速率的规律。速率常数k与搅拌的速率60的关系满足下面的方程：k=0．62D2仃v-1佰缈“2。由此方程估算出扩散系数为D=I．37x10巧ClTl2／s。置换反应的Arrhenius方程为：hlk=一2．28厂r+2．04，反应活化能为：Ea_19kJ／mol。关键词：包覆粉末，置换镀，添加剂，钝化，热力学，动力学II重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTCoatingpowderis

6、anewtypeofpowdermetallurgymaterialswithmultiphaseandcompositeproperty．Duetoitsgreatvarietiesandspecialperformance，ithasbeenextensivelyappliedintheindustriesincludingnationaldefenseindustry,mechanicalmanufacture,andchemicalindustryetc．Inthemicroscopicview,thecoatingpowderfeaturesinmultipbase，coatedin

7、tegralityandthecharacteristicsofitsvariouscomponentscallbeshownaccordingtodifferentneed；Inthemacroscopicview,coatingpowderischaracterbyitshomogeneousproperty,whichrealizesuniformmetallicphasefabricofp