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陳德祥1孫勇2，3張兆國(guó)3
(1、黑龍江省農(nóng)科院合江農(nóng)科所1540072、黑龍江農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1540073、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)150030)
摘要：在普通Ni-P-SiC化學(xué)鍍工藝基礎(chǔ)上，添加納米尺寸的SiC粒子，采用超聲波工藝分散納米微粒，進(jìn)行三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，探索最佳試驗(yàn)參數(shù)(鍍液PH為6，溫度為86±1℃，鍍液中納米SiC濃度為3g/L)的復(fù)合鍍層在不同溫度的熱處理時(shí)對(duì)硬度的影響規(guī)律。
關(guān)鍵詞：Ni-P合金;熱處理;SiC;化學(xué)復(fù)合鍍;硬度
中圖分類號(hào)：T G文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
化學(xué)鍍Ni-P合金鍍層由于具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)、耐磨性高、可焊性優(yōu)異以及電阻率低等特點(diǎn)，近年來(lái)得到了廣泛的重視和應(yīng)用。納米科學(xué)技術(shù)在國(guó)際上取得了令人矚目的成就，納米材料表現(xiàn)出來(lái)的特殊性越來(lái)越吸引科技界的興趣。其中，通過(guò)化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)將納米顆粒復(fù)合到傳統(tǒng)材料中，可以獲得功能各異的鍍層，比微米顆粒復(fù)合到傳統(tǒng)材料中改變鍍層的性能更引起了科學(xué)研究者廣泛關(guān)注，正在成為化學(xué)復(fù)合鍍研究的熱點(diǎn)。本文探討了熱處理對(duì)Ni-P-納米SiC化學(xué)復(fù)合鍍層硬度的影響規(guī)律，為納米復(fù)合鍍的理論研究與實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
在普通Ni-P-SiC化學(xué)鍍工藝基礎(chǔ)上，添加納米尺寸的SiC粒子，采用超聲波工藝分散納米微粒，進(jìn)行三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，探索試驗(yàn)參數(shù)對(duì)復(fù)合鍍層性能的影響規(guī)律。利用在最佳試驗(yàn)參數(shù)下(鍍液PH為6，溫度為86±1℃，鍍液中納米SiC濃度為3g/L)獲得復(fù)合鍍層，進(jìn)行不同溫度的熱處理，然后進(jìn)行復(fù)合鍍層顯微硬度測(cè)試，其結(jié)果如曲線圖1所示。
從曲線圖1可以看出，200℃熱處理后，鍍層硬度與鍍態(tài)下的硬度相差不多，但隨著熱處理溫度的升高，鍍層的硬度增加，480℃左右時(shí)達(dá)到最大值，500℃熱處理以后，硬度又急劇下降。其原因是：在施鍍過(guò)程中，Ni、P及納米微粒按照自由取向沉積在鍍件的表面，形成非晶鍍層，內(nèi)應(yīng)力大，晶格內(nèi)部缺陷多，此時(shí)鍍層的能量較大，因此鍍態(tài)下鍍層硬度較高。經(jīng)過(guò)200℃熱處理以后，鍍層內(nèi)應(yīng)力降低，晶格內(nèi)部缺陷減少，并釋放由原子自由排列而引起的自由能，因此鍍層的硬度下降;經(jīng)過(guò)300℃熱處理以后，鍍層硬度上升53%左右，是由于鍍層有明顯的晶化現(xiàn)象。鍍層中鎳磷的脫溶分解析出了Ni和與之共格的Ni3P相。隨著溫度的升高，共格相的吸出量增加，共格相產(chǎn)生沉淀硬化作用，提高了鍍層的硬度。鎳磷復(fù)合鍍層的晶化轉(zhuǎn)變溫度為300℃左右;當(dāng)溫度達(dá)到480℃～490℃時(shí)，共格相析出完全，鍍層硬度達(dá)到最大值。如果繼續(xù)升高溫度，則鍍層晶粒聚集長(zhǎng)大，鍍層的性能呈下降趨勢(shì)?；瘜W(xué)鍍Ni-P合金在適當(dāng)溫度下熱處理一定時(shí)間Ni-P合金固溶體脫溶分解析出第二相Ni3P,即Ni-P合金由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變成晶態(tài)形成Ni-Ni3P復(fù)合鍍層，增加鍍層的塑變抗力，由于第二相Ni-P析出時(shí)與母相保持共格關(guān)系，引起點(diǎn)陣畸變，點(diǎn)陣畸變的產(chǎn)生阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致鍍層的硬度和耐磨性的提高。
復(fù)合鍍層熱處理后的硬度與微米顆粒復(fù)合鍍層比較，納米顆粒復(fù)合鍍層的硬度高得多。首先，納米顆粒復(fù)合鍍鍍態(tài)硬度高達(dá)800HV;而通常的Ni-P合金及其復(fù)合鍍層鍍態(tài)硬度在400～600HV。這既說(shuō)明鍍層中復(fù)合了SiC納米顆粒后，極大地增強(qiáng)了鍍層抗局部變形的能力;也說(shuō)明在納米顆粒復(fù)合鍍層中，硬度已不再是簡(jiǎn)單的SiC粒子硬度與Ni-P合金基體硬度的算術(shù)平均，而是SiC顆粒強(qiáng)化了Ni-P合金基體。鍍態(tài)鍍層經(jīng)受熱處理時(shí)Ni-P合金基體將析出Ni3P化合物相，同時(shí)隨著溫度升高，一方面N i(P)固溶體產(chǎn)生晶粒長(zhǎng)大，另一方面Ni3P化合物析出相不斷增多，聚集長(zhǎng)大。此時(shí)鍍層的硬度受兩個(gè)因素控制：熱處理初期Ni3P的析出和增多導(dǎo)致鍍層硬度提高;隨溫度的繼續(xù)上升，Ni(P)固溶體和Ni3P相的長(zhǎng)大導(dǎo)致鍍層硬度下降。
根據(jù)三因素五水平二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法獲得的最佳試驗(yàn)參數(shù)，在溫度為86℃、PH=6、鍍液中的納米粒子濃度為3g/L的工藝條件下，制備的復(fù)合鍍層熱處理后硬度1450HV，其形貌的掃描電鏡照片如圖2所示。
從圖2我們可以看出，Ni-P-納米SiC復(fù)合鍍層的表面呈胞狀凸起分布，胞狀大小不一，可見(jiàn)，胞狀物均勻性不太好，這是鍍液和第二相粒子SiC對(duì)鍍層表面的沖擊和SiC粒子的嵌入的影響，鑲嵌粒子的粒徑超過(guò)了SiC粒子的粒徑。而普通Ni-P合金鍍層表面呈典型的菜花頭狀，不像納米顆粒復(fù)合鍍層的組織更加細(xì)小、致密。超聲波有效地避免了納米顆粒的團(tuán)聚，使納米顆粒在鍍液中仍以納米尺寸存在，分發(fā)揮了納米顆粒比表面積大、表面自由能高的特性優(yōu)勢(shì)，晶粒的生長(zhǎng)受到抑制，所以晶粒很多卻不易長(zhǎng)大，因此納米參考文獻(xiàn)顆粒復(fù)合鍍層比鎳基鍍層組織更加致密、均勻。
參考文獻(xiàn)：略
