純Cu表面Ni-Al梯度涂層的制備.pdf

1、采用電鍍Ni+粉末包埋滲Al法在純Cu表面制備CuNi固溶體/Ni/NiAl金屬間化合物梯度涂層。在課題組前期的研究中發(fā)現(xiàn)，涂層Cu-Ni界面存在較多孔洞，Ni2Al3相轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相的臨界條件是什么，滲Al層形成的機(jī)理是什么，如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)涂層的結(jié)構(gòu)，如涂層總厚度及各層厚度，這些問題都有待進(jìn)一步探索。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，試圖解決上述問題，通過采用光學(xué)金相顯微鏡、場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射圖譜、EDS能譜等分析樣品的表面形貌和相組

2、成以及截面的元素分布，并測量了涂層的顯微硬度、抗高溫氧化性能、耐磨性能以及抗熱震性能，進(jìn)一步探索了涂層制備工藝，取得了一些研究成果。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、旁诩僀u表面電鍍Ni層，研究了電流密度、pH值和添加劑糖精對(duì)Ni沉積速度、鍍層表面形貌、硬度以及對(duì)后續(xù)滲Al過程中的Cu-Ni擴(kuò)散和滲Al層的影響。結(jié)果表明，提高電流密度、降低pH值和加入糖精均使Ni沉積速度提高，電流密度的提高使鍍層晶粒細(xì)化，高電流密度與低pH值有利于(1

3、11)晶面擇優(yōu)取向，糖精的加入有利于(200)晶面擇優(yōu)取向。鍍層晶粒的細(xì)化和(200)晶面擇優(yōu)取向有利于Cu-Ni、Ni-Al的擴(kuò)散。
　?、仆ㄟ^對(duì)鍍Ni層樣品進(jìn)行熱處理，模擬滲Al過程，探索了溫度和時(shí)間對(duì)Cu-Ni擴(kuò)散速度及擴(kuò)散層成分分布的影響以及Cu-Ni界面孔洞形成的原因。結(jié)果表明，提高擴(kuò)散溫度，可以顯著提高Cu-Ni的擴(kuò)散速度，Cu-Ni擴(kuò)散速率隨著時(shí)間的延長而減小。Cu-Ni界面的孔洞是由于Cu擴(kuò)散速率大于Ni的可肯達(dá)爾

4、效應(yīng)造成的，要減少孔洞的形成，需要降低Cu擴(kuò)散速率，制備致密度高、缺陷少的Ni鍍層。
　?、茄芯苛藵BAl工藝對(duì)滲Al速度及滲層組織的影響，并分析滲Al層形成過程及機(jī)理。結(jié)果表明，在600℃-750℃范圍內(nèi)，滲層厚度隨著滲Al溫度的提高而增加。在1-3h范圍內(nèi)，Ni-Al的擴(kuò)散反應(yīng)速率隨著時(shí)間的延長而減小。CeO2的加入使?jié)B層表面晶粒細(xì)小、平整，但滲層內(nèi)產(chǎn)生了較多空洞，CeO2的加入反而限制了滲Al速度，其影響較為復(fù)雜。不同滲Al參

5、數(shù)并不影響滲層的相組成，均為單相Ni2Al3。
　?、妊芯苛瞬煌瑴囟?850℃-1000℃)氧化過程中Ni2Al3相的相變過程。結(jié)果表明，滲層Ni2Al3相在高溫氧化過程中會(huì)優(yōu)先轉(zhuǎn)變?yōu)镹i3Al相，但隨著氧化時(shí)間的延長，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相，且當(dāng)溫度越高，轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相所需要的時(shí)間就越短。在高溫下，NiAl相比Ni3Al相更穩(wěn)定。
　　⑸分析了滲Al層形成過程與機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)涂層總厚度約等于鍍Ni層厚度與滲Al層厚度之和。

6、采用優(yōu)化的電鍍工藝:電流密度為0.6A/dm2，鍍液pH值為5.5，不加任何添加劑條件下電鍍2.5h，并在滲Al溫度650℃下擴(kuò)散滲Al1h，制備了總厚度為50μm的CuNi固溶體/Ni/Ni2Al3梯度涂層，測試了涂層的性能。研究結(jié)果表明，采用上述工藝基本上解決了課題組前期遺留下來的一系列問題，涂層與基體以及Ni與Ni2Al3之間結(jié)合良好，滲Al層的硬度達(dá)到了HV900，在800℃下氧化60小時(shí)后的氧化增重為1.156mg·cm-2，