本文選題：純Cu表面涂層 + Ni-Al金屬間化合物　； 參考：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：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AI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。在純Cu表面電鍍Ni層,研究了電流密度、pH值和添加劑糖精對Ni沉積速度、鍍層表面形貌、硬度以及對后續(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(111)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。通過對鍍Ni層樣品進(jìn)行熱處理,模擬滲Al過程,探索了溫度和時間對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。研究了滲Al工藝對滲AI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,Ce02的加入反而限制了滲A1速度,其影響較為復(fù)雜。不同滲Al參數(shù)并不影響滲層的相組成,均為單相Ni2Al3。研究了不同溫度(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優(yōu)先轉(zhuǎn)變?yōu)镹i3Al相,但隨著氧化時間的延長,會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相,且當(dāng)溫度越高,轉(zhuǎn)變?yōu)镹iAl相所需要的時間就越短。在高溫下,NiAl相比Ni3Al相更穩(wěn)定。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。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小時后的氧化增重為1.156mg·cm-2,滲層平均摩擦系數(shù)約為0.477,樣品在500℃和700℃下的熱震次數(shù)均達(dá)到了20次以上。涂層的硬度、耐磨損性能以及抗高溫氧化性能都要明顯優(yōu)于純Cu以及純Ni鍍層,涂層具有良好的抗熱震性能。
[Abstract]:The gradient coating of CuNi solid solution /Ni/NiAl intermetallic compound was prepared on pure Cu surface by electroplating Ni+ powder embedded infiltration Al method. In the previous study of the project group, it was found that there were more holes in the Cu-Ni interface of the coating. What is the critical condition of the transition from Ni2Al3 phase to NiAl phase; what is the mechanism of the formation of the AI layer, and how to design and implement the structure of the coating. These problems, such as the total thickness of the coating and the thickness of each layer, are to be further explored. On the basis of the previous study, this paper tries to solve the above problems by using optical metallographic microscope, field emission scanning electron microscope, X ray diffraction pattern, EDS energy spectrum and so on to analyze the surface morphology and phase composition of the sample and the distribution of elements in the cross section. The microhardness, high temperature oxidation resistance, wear resistance and thermal shock resistance of the coating have been further explored. Some research results have been obtained. The deposition rate of current density, pH value and additive saccharin on Ni, the surface morphology and hardness of the coating, and the Cu-Ni expansion in the subsequent Al process are studied on the pure Cu surface. The effect of dispersion and infiltration of Al layer shows that increasing the current density, reducing pH value and adding saccharin all make the deposition rate of Ni increase, the increase of current density makes the grain refinement of the coating, high current density and low pH value are beneficial to (111) preferred orientation of crystal surface, the addition of saccharin is beneficial to (200) preferred orientation of crystal surface. Grain refinement of the coating and (200) crystal face selection The preferential orientation is beneficial to the diffusion of Cu-Ni and Ni-Al. Through the heat treatment of Ni coating, the influence of temperature and time on the diffusion velocity of Cu-Ni and the distribution of the composition of the diffusion layer and the formation of the pores in the Cu-Ni interface are explored. The results show that the diffusion temperature of the Cu-Ni can be increased and the diffusion speed of Cu-Ni can be improved significantly. The diffusion speed of Cu-Ni can be significantly improved. With the prolongation of time, the hole in the.Cu-Ni interface is caused by the Kendal effect of the Cu diffusion rate greater than Ni. To reduce the formation of the hole, it is necessary to reduce the Cu diffusion rate and prepare the Ni coating with high density and less defects. The effect of the infiltration of the Ni on the infiltration rate and the microstructure of the infiltrated layer is studied, and the formation process of the infiltration Al layer is analyzed and the formation process of the infiltration Al layer is analyzed. The results show that the thickness of the permeation layer increases with the increase of Al temperature in the range of 600 C -750. In the range of 1-3H, the diffusion reaction rate of Ni-Al decreases with time, and the addition of.CeO2 makes the surface grain of the permeable layer fine and smooth, but there are more holes in the layer, but the addition of Ce02 restricts the velocity of the permeation A1, and the influence of the infiltration rate is limited. The different Al parameters do not affect the phase composition of the permeable layer. The phase transition process of Ni2Al3 phase in the oxidation process at different temperatures (850 C -1000 C) is studied for the single-phase Ni2Al3.. The results show that the Ni2Al3 phase in the permeation layer will change to Ni3Al phase in the process of high temperature oxidation, but with the prolongation of the oxidation time, it will gradually change into NiAl phase, and when the oxidation time is prolonged, the phase will be gradually transformed into NiAl phase. The higher the temperature, the shorter the time needed to transform into the NiAl phase. At high temperature, NiAl is more stable than the Ni3Al phase. The formation process and mechanism of the Al layer are analyzed, and the total thickness of the coating is equal to the sum of the Ni layer thickness and the thickness of the infiltrated Al layer. The optimized electroplating process: the current density is 0.6A/dm2, the pH value of the plating bath is 5.5, without any addition. Under the condition of electroplating 2.5h and diffusion of Al1h at the temperature of 650 C, the CuNi solid solution /Ni/Ni2Al3 gradient coating with a total thickness of 50 m was prepared, and the performance of the coating was tested. The results show that the above process has basically solved a series of problems left over by the project group, and the combination of coating and matrix, and the combination of Ni and Ni2Al3. The hardness of the permeable Al layer reached HV900. The oxidation weight increased to 1.156mg. Cm-2 at 800 C for 60 hours. The average friction coefficient of the layer was about 0.477. The thermal shock times of the samples reached more than 20 times at 500 and 700. The hardness, wear resistance and high temperature oxidation resistance of the coating were obviously better than pure Cu and pure Ni plating. The coating has good thermal shock resistance.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4

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本文編號：2056635