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结晶器铜板镀覆Ni-Fe合金新工艺及性能研究

2020-12-07阅读(640)

结晶器铜板镀覆Ni-Fe合金新工艺及性能研究

论文摘要

本文以实现在结晶器基体铜或铜合金上镀覆耐磨Ni-Fe合金镀层为目的。在对国内外结晶器表面镀覆技术研究现状进行深入分析的基础上,对Ni-Fe合金镀层制备中的工艺技术进行了研究。采用普通电沉积法和喷射电沉积法在铜或铜合金基体上镀覆了Ni-Fe合金镀层,然后将镀层连同基体一起在400℃下进行去氢处理,以保证镀层和基体之间具有良好的结合强度。在镀覆Ni-Fe合金的过程中,研究了电解液成分和工艺参数对Ni-Fe合金镀层组织和性能的影响;在喷射电沉积Ni-Fe合金的过程中,研究了喷射速度和电流密度对Ni-Fe合金镀层组织和性能的影响。通过调整镀液中Fe2+、Ni2+的浓度,可以获得不同铁含量的Ni-Fe合金镀层。运用X射线衍射的θ-2θ扫描对Ni-Fe合金镀层的相组成进行了分析;采用SEM和EDS分别对Ni-Fe合金镀层的表面形貌和成分进行了分析;采用MMU-5G型屏显式端面摩擦磨损试验机对Ni-Fe合金镀层的耐磨性进行了分析;采用DIL 402C热膨胀仪对Ni-Fe合金镀层的热膨胀系数进行了测定;采用STA 449 C/6G综合热分析仪对Ni-Fe合金镀层的高温氧化性能、过冷及结晶过程进行了分析。研究结果表明,利用孔隙适合的多孔材料处理铁阳极,添加自己合成的YD-JK添加剂,在适合的工艺条件下,可以获得晶粒尺寸在20 nm以下、镀层厚度2 mm以上的Ni-Fe合金镀层,镀层的耐磨性是相同厚度Ni镀层的23倍,改变镀液中浓度比,获得了铁含量为35wt.%的纳米晶γ相Ni-Fe合金镀层;在喷射电沉积过程中,通过改变喷射速度和电流密度,可以获得铁含量3.545.02 wt.%,晶粒尺寸在10 nm以下的γ相纳米晶Ni-Fe合金镀层,沉积速率可达到7.0μm·min-1,电流效率可达到80 %,镀层显微硬度可以达到HV 565。热分析结果表明,Ni镀层熔体的最大过冷度为411 K,Ni-Fe合金镀层熔体的最大过冷度为426 K;过热度一定时,Ni镀层熔体和Ni-Fe合金镀层熔体的过冷度都随冷却速率的提高而增大,冷却速率越高,试样完全结晶所需时间越短;在冷却速率一定的情况下,在一定的温度范围内,可以通过增大过热度来实现Ni镀层熔体和Ni-Fe合金镀层熔体的深过冷。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 选题背景及意义
  • 1.2 合金电镀
  • 1.2.1 合金电沉积的条件
  • 1.2.2 合金电镀的发展
  • 1.2.3 电镀合金的特点
  • 1.2.4 电镀合金研究的内容及存在的问题
  • 1.3 纳米材料
  • 1.3.1 纳米晶体材料结构特点
  • 1.3.2 纳米晶体材料制备方法
  • 1.3.3 纳米材料的热稳定性
  • 1.3.4 力学性能
  • 1.3.5 磁学性能
  • 1.4 Ni-Fe 合金的性能及制备方法
  • 1.4.1 电镀Ni-Fe 合金镀液及工艺条件
  • 1.4.2 Ni-Fe 合金镀液及镀层性能
  • 1.4.3 Ni-Fe 合金的电沉积理论
  • 1.4.4 Ni-Fe 合金镀层耐磨机理
  • 1.4.5 Ni-Fe 合金电镀研究及应用的国内外现状
  • 1.5 喷射电沉积
  • 1.5.1 喷射电沉积原理
  • 1.5.2 喷射电沉积研究现状
  • 1.5.3 喷射电沉积影响因素
  • 1.6 熔体过冷及结晶
  • 1.6.1 液滴乳化技术
  • 1.6.2 熔融玻璃净化技术
  • 1.6.3 落管无容器处理技术
  • 1.6.4 悬浮无容器处理技术
  • 1.6.5 DSC 无容器处理技术
  • 1.7 本论文的研究目的和内容
  • 第2章 Ni-Fe 合金电镀工艺
  • 2.1 电镀Ni-Fe 合金镀液及工艺条件的确定
  • 2.1.1 实验方法
  • 2.1.2 实验结果及讨论
  • 2.2 电镀Ni-Fe 合金铁阳极的处理与控制
  • 2.2.1 实验方法
  • 2.2.2 实验结果及讨论
  • 2.3 Ni-Fe 合金镀液添加剂的选择与研究
  • 2.3.1 实验方法
  • 2.3.2 实验结果与讨论
  • 2.4 杂质对Ni-Fe 合金电沉积的影响及去除
  • 2.4.1 实验方法
  • 2.4.2 杂质对电沉积的影响
  • 2.4.3 杂质离子的除去方法
  • 2.5 镀液性能测试及电沉积机理
  • 2.5.1 镀液性能的测试
  • 2.5.2 Ni-Fe 合金电沉积理论初探
  • 2.6 电镀Ni-Fe 合金的试生产
  • 2.6.1 实验室中型槽试验
  • 2.6.2 模拟生产情况
  • 2.7 本章小结
  • 2+浓度与电流密度对电沉积Ni-Fe 合金的影响'>第3章 电解液中Fe2+浓度与电流密度对电沉积Ni-Fe 合金的影响
  • 2+浓度对电沉积Ni-Fe 合金的影响'>3.1 电解液中Fe2+浓度对电沉积Ni-Fe 合金的影响
  • 3.1.1 沉积层的表面形貌及生长方式
  • 2+浓度对沉积层铁含量的影响'>3.1.2 Fe2+浓度对沉积层铁含量的影响
  • 2+浓度对电流效率的影响'>3.1.3 Fe2+浓度对电流效率的影响
  • 2+浓度对Ni-Fe 合金沉积层晶粒尺寸的影响'>3.1.4 Fe2+浓度对Ni-Fe 合金沉积层晶粒尺寸的影响
  • 2+浓度对Ni-Fe 合金沉积层显微硬度的影响'>3.1.5 Fe2+浓度对Ni-Fe 合金沉积层显微硬度的影响
  • 3.2 电流密度对电沉积Ni-Fe 合金的影响
  • 3.2.1 电流密度对Ni-Fe合金沉积速率的影响
  • 3.2.2 电流密度对Ni-Fe 合金沉积层铁含量的影响
  • 3.2.3 电流密度对电沉积Ni-Fe 合金电流效率的影响
  • 3.2.4 电流密度对Ni-Fe 合金沉积层晶粒尺寸的影响
  • 3.2.5 电流密度对Ni-Fe 合金沉积层显微硬度的影响
  • 3.3 Ni-Fe 合金沉积层晶粒尺寸分析
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 Ni-Fe 合金镀耐磨层性能研究
  • 4.1 Ni-Fe 合金镀层的性能测试
  • 4.1.1 Ni-Fe 合金镀层的加速磨损试验
  • 4.1.2 Ni-Fe 合金热膨胀系数的测定
  • 4.1.3 Ni-Fe 合金镀层热冲击性能的测定
  • 4.2 Ni-Fe 合金镀层微观结构
  • 4.2.1 SEM 研究Ni-Fe 合金镀层的形貌
  • 4.2.2 镀层中的微量元素分析
  • 4.3 Ni-Fe 合金镀层高温氧化性能及耐磨性
  • 4.3.1 Ni-Fe合金镀层高温氧化增重曲线
  • 4.3.2 XRD 法确定合金镀层高温氧化产物及结晶结构
  • 4.4 提高Ni-Fe 合金镀层耐磨性的措施
  • 4.5 本章小结
  • 第5章 喷射电沉积Ni-Fe 合金
  • 5.1 实验材料与设备
  • 5.2 实验方法
  • 5.2.1 沉积速率和电流效率测定
  • 5.2.2 沉积层晶粒尺寸测定
  • 5.2.3 沉积层显微硬度的测定
  • 5.2.4 沉积层晶格常数的测定
  • 5.3 喷射速度对电沉积Ni-Fe 合金影响
  • 5.3.1 喷射速度对Ni-Fe合金沉积速率的影响
  • 5.3.2 喷射速度对Ni-Fe合金沉积电流效率的影响
  • 5.3.3 喷射速度对喷射电沉积Ni-Fe 合金镀层铁含量的影响
  • 5.3.4 喷射速度对沉积层晶粒尺寸的影响
  • 5.3.5 喷射速度对沉积层显微硬度的影响
  • 5.4 电流密度对电沉积Ni-Fe 合金影响
  • 5.4.1 电流密度对沉积速率的影响
  • 5.4.2 电流密度对Ni-Fe 合金电沉积电流效率的影响
  • 5.4.3 电流密度对喷射电沉积Ni-Fe 合金沉积层铁含量的影响
  • 5.4.4 电流密度对镀层晶粒尺寸的影响
  • 5.4.5 电流密度对沉积层显微硬度的影响
  • 5.5 本章小结
  • 第6章 Ni 及Ni-Fe 合金镀层熔体的过冷与结晶度研究
  • 6.1 获得深过冷的方法
  • 6.2 样品制备
  • 6.2.1 镀层的制备及含量分析
  • 6.2.2 实验设备
  • 6.2.3 实验方法
  • 6.3 实验结果与分析
  • 6.3.1 过冷
  • 6.3.2 非等温结晶动力学
  • 6.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
  • 致谢
  • 作者简介

    • 相关论文文献

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