电沉积制备纳米晶镍基合金材料及性能研究

发布时间：2017-09-06 11:07

  本文关键词：电沉积制备纳米晶镍基合金材料及性能研究

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【摘要】：本文采用电沉积技术,在以Ni SO4为主盐的电镀液体系中,在低碳钢表面制备镍基合金材料,通过改变电沉积工艺参数分别制备了两种合金材料Ni-Fe合金和Ni-Cr合金。并对制备的合金材料各项性能进行测试分析。通过对电沉积纳米晶Ni-Fe合金和Ni-Cr合金进行XRD、表面形貌(SEM)、能谱(EDS)、显微硬度、摩擦磨损、耐腐蚀性能等方面的测试分析。结果表明:电沉积纳米晶Ni-Fe合金的最佳工艺参数为:电流密度7A/dm2、温度60℃;电沉积Ni-Cr合金的最佳工艺参数为:电流密度20A/dm2、温度30℃、pH值2.5。纳米晶Ni-Fe合金材料的最大显微硬度达到600HV,在3N的载荷下测试的最小微摩擦系数为0.65。最佳工艺参数下制备的试样,在3.5%NaCl溶液中具有较好的耐腐蚀性能,自腐蚀电位为-0.78V。电沉积Ni-Cr合金材料的表面SEM形貌显示其表面具有大量的微裂纹,合金镀层的最大显微硬度达到688HV,在1N的载荷下测试的最小微摩擦系数为0.37。由于合金镀层表面存在大量微裂纹,所以合金材料在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能较差,自腐蚀电位为-1.0V。通过TEM测试分析纳米晶镍铁合金材料随着热处理温度的升高,晶粒尺寸呈长大的趋势,在300℃时晶粒尺寸出现一个突变长大,平均晶粒尺寸在200nm以上。对热处理后的纳米镍铁合金材料进行单向拉伸实验,结果表明,在热处理温度低于250℃条件下,合金材料的拉伸强度基本变化不大,最高抗拉强度在1700MPa以上,在热处理温度达到300℃后,拉伸强度急剧降低,抗拉强度为1050MPa,这主要是高温下合金材料的晶粒急剧长大引起的。
【关键词】：电沉积 纳米晶 Ni-Fe合金 Ni-Cr合金
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ153
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 纳米技术及纳米材料8
• 1.2 电沉积技术8-9
• 1.2.1 电沉积技术的发展史8-9
• 1.2.2 电沉积的方法及优缺点9
• 1.3 电沉积制备纳米材料9-14
• 1.3.1 纯金属电沉积镀层10-11
• 1.3.2 合金电沉积镀层11-14
• 1.4 电沉积镍镀层14
• 1.5 电沉积镍基合金14-17
• 1.5.1 电沉积镍铁合金14-15
• 1.5.2 电沉积镍铬合金15-17
• 1.6 纳米压痕技术17-19
• 1.6.1 纳米压痕技术简介17-18
• 1.6.2 纳米压痕技术典型研究方法及理论18
• 1.6.3 纳米硬度和传统纳米的不同18
• 1.6.4 纳米压痕技术的使用与前景18-19
• 1.7 本文主要工作19
• 1.8 前景展望19-20
• 第二章 实验过程20-26
• 2.1 实验材料20
• 2.2 试样的制备20-23
• 2.2.1 实验装置20
• 2.2.2 镀液配方20-21
• 2.2.3 电镀原理21-22
• 2.2.4 电镀过程22-23
• 2.3 性能检测23-25
• 2.3.1 X-射线分析23
• 2.3.2 扫描电子显微镜、能谱测试23
• 2.3.3 显微硬度测试（HV）23
• 2.3.4 微摩擦性能、结合力、三维形貌、压痕的测定23
• 2.3.5 透射样品制备及TEM测试23-24
• 2.3.6 镀层拉伸性能的测试24-25
• 2.3.7 合金耐蚀性能测定25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 纳米晶镍铁合金镀层制备及性能分析26-36
• 3.1 纳米晶镍铁镀层X-射线分析（XRD）26
• 3.2 纳米晶镍镀层表面形貌分析（SEM）26-28
• 3.2.1 不同电流密度下的纳米晶镍-铁合金形貌分析（SEM）26-27
• 3.2.2 不同温度下的纳米晶镍-铁合金形貌分析（SEM）27-28
• 3.3 纳米晶镍铁镀层硬度的测定28-30
• 3.3.1 不同电流密度下纳米晶镍铁镀层硬度的测定28-29
• 3.3.2 不同温度下纳米晶镍铁镀层硬度的测定29-30
• 3.4 纳米晶镍铁镀层摩擦性能30-33
• 3.4.1 不同电流密度下纳米晶镍铁镀层摩擦性能30-32
• 3.4.2 不同温度下纳米晶镍铁镀层摩擦性能32-33
• 3.5 纳米晶镍铁镀层耐腐蚀性能的测定33-35
• 3.5.1 不同电流密度下的纳米晶铁镀层耐腐蚀性能的测定33-34
• 3.5.2 不同温度下的纳米晶铁镀层耐腐蚀性能的测定34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 纳米晶镍-铬合金镀层制备及性能分析36-53
• 4.1 镍-铬镀层X-射线分析（XRD）36-37
• 4.1.1 不同电流密度下镍-铬镀层X-射线分析（XRD）36
• 4.1.2 不同温度下镍-铬镀层X-射线分析（XRD）36-37
• 4.1.3 不同pH值下镍-铬镀层X-射线分析（XRD）37
• 4.2 镍-铬镀层能谱分析（EDS）37-40
• 4.2.1 不同电流密度下镍-铬镀层能谱分析（EDS）37-38
• 4.2.2 不同温度下镍-铬镀层能谱分析（EDS）38-39
• 4.2.3 不同pH值下镍-铬镀层能谱分析（EDS）39-40
• 4.3 镍-铬镀层表面形貌分析（SEM）40-43
• 4.3.1 不同电流密度下镍-铬镀层表面形貌分析（SEM）40-41
• 4.3.2 不同温度下镍-铬镀层表面形貌分析（SEM）41-42
• 4.3.3 不同pH下值镍-铬镀层表面形貌分析（SEM）42-43
• 4.4 镍-铬镀层硬度的测定43-44
• 4.4.1 不同电流密度下镍-铬镀层显微硬度的测定43
• 4.4.2 不同温度度下镍-铬镀层硬度的测定43-44
• 4.4.3 不同pH值下镍-铬镀层硬度的测定44
• 4.5 镍-铬镀层摩擦性能44-46
• 4.5.1 不同电流密度下的镍-铬镀层摩擦性能44-45
• 4.5.2 不同温度下的镍-铬镀层摩擦性能45
• 4.5.3 不同pH值下的镍-铬镀层摩擦性能45-46
• 4.6 镍-铬镀层的结合力测试46-48
• 4.6.1 不同电流密度下镍-铬镀层的结合力测试46
• 4.6.2 不同温度下镍-铬镀层的结合力测试46-47
• 4.6.3 不同pH值下镍-铬镀层的结合力测试47-48
• 4.7 镍-铬镀层的三维形貌48-50
• 4.7.1 不同电流密度镍-铬镀层的三维形貌48
• 4.7.2 不同温度镍-铬镀层的三维形貌48-49
• 4.7.3 不同pH值条件下镍-铬镀层的三维形貌49-50
• 4.8 镍-铬镀层耐腐蚀性能的测定50-52
• 4.8.1 不同电流密度下镍-铬镀层耐腐蚀性能的测定50
• 4.8.2 不同温度下镍-铬镀层耐腐蚀性能的测定50-51
• 4.8.3 不同pH下镍-铬镀层耐腐蚀性能的测定51-52
• 4.9 小结52-53
• 第五章 电沉积纳米镍及镍铁镀层的力学性能分析53-62
• 5.1 纳米压痕实验53-56
• 5.1.1 载荷-位移变化曲线分析53-55
• 5.1.2 纳米压痕硬度与显微硬度对比55-56
• 5.2 拉伸实验56-61
• 5.2.1 不同热处理温度镍铁合金的TEM图像分析56-59
• 5.2.2 拉伸性能59-61
• 5.3 结论61-62
• 第六章 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 作者简介69
• 攻读硕士学位期间研究成果69

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