电沉积Ni—xAl—yTi复合沉积层组织结构及性能研究
发布时间：2021-03-21 16:50
由于具有良好的耐腐蚀、耐磨损及抗高温氧化等性能,复合电沉积技术制备的三元镍基复合沉积层被广泛探索与研究。三元镍基复合沉积层的组织结构对其性能表现有决定性的影响。因此,研究三元镍基复合沉积层组织结构的变化规律及其对性能的影响具有重要的科研意义。本文利用复合电沉积技术,把微米Al/Ti颗粒共沉积到镍沉积层中,制备了Ni—xAl—yTi三元复合沉积层,研究了电沉积参数、Al/Ti混合颗粒浓度及Al/Ti颗粒比例对三元复合沉积层组织结构、内应力及性能表现的影响。利用X射线衍射（XRD）分析技术,对Ni—x Al—yTi复合沉积层的组织结构与内应力的形成机制与变化机制进行了研究。利用Rietveld全谱拟合分析方法,研究了电沉积工艺对Ni—x Al—yTi复合沉积层晶粒大小与织构的影响。运用透射电子显微镜（TEM）与XRD实测极图验证了Rietveld全谱拟合方法的准确性。随着电流密度的降低、Al/Ti混合颗粒浓度的升高及Al/Ti颗粒比例的降低,Ni—xAl—yTi复合沉积层的晶粒尺寸减小,[200]丝织构逐渐消失。Al/Ti颗粒的加入对Ni—xAl—yTi复合沉积层组织结构的演变起到了决定性...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
瓦特溶液pH及电流密度对镍沉积层丝织构的影响
11层外层体积收缩程度变大，从而导致金属沉积层较强的正应力。图1-2 晶体聚集理论示意图Fig. 1-2 Principle of crystallite aggregation theory（4）氢理论在Watts溶液中电沉积制备镍沉积层时，阴极处会有H与H2的产生。这些H与H2可以扩散至镍沉积层之中引起晶格膨胀，从而使得镍沉积层中产生负应力。氢理论认为，沉积层中的氢可以与金属反应形成氢化物。如果某处的氢化物发生分解，就会使氢脱离，造成该分解处的体积缩小，而其它部位的含氢量被增加产生体积膨胀，从而引起沉积层氢化物分解处的正应力[99]。Gul等[34]研究了Ni—Al2O3复合沉积层的内应力状况。研究发现，增加溶液中有机表面活性剂可以减小Al2O3颗粒与镍基晶粒间的相互作用，从而降低复合沉积层的内应力。另外，有机表面活性剂可以促进C元素在镍基晶粒内的吸附
上海交通大学博士学位论文 第一章 绪论12图1-3 镍沉积层厚度对高电流密度(a)[102]及低电流密度(b)[103]下沉积层内应力的影响Fig. 1-3 Influences of thickness on stress of Ni coatings electrodeposited at high (a)[102]and low (b)[103]current density电沉积条件对镍基复合沉积层内应力的影响，根本上是沉积条件决定组织结构，组织结构决定内应力的结果。Erler等[104]制备了纳米Al2O3及纳米TiO2颗粒强化的镍基复合沉积层，并研究了其内应力的分布状况。研究发现，电流密度对纯镍沉积层的内应力大小有明显影响。少量Al2O3颗粒的添加没有引起内应力的强烈变化，而更多Al2O3颗粒的添加引起了Ni—Al2O3复合沉积层内应力的减小。然而，少量的TiO2颗粒的添加却可以大幅度降低Ni—TiO2复合沉积层的内应力。其认为这主要是由于两种颗粒对镍沉积层的结晶机制与织构产生影响造成的。Hoffman等[105]提出了晶粒团聚思想，认为晶粒在生长过程中，通过粗化的方式来降低晶粒表面自由能。但在晶粒生长过程中，由于基体的限制，导致沉积层产生正应力，且沉积层内应力随着晶粒尺寸减小而增大。织构对沉积层内应力也有一定的影响。镍(111)晶面高的杨氏模量及大的应变能，都将导致(111)织构的沉积层内应力大于(200)织构的沉积层[106, 107]。相比纯金属沉积层
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题[J]. 屠振密,朱永明,李宁,胡会利,于元春. 中国表面工程. 2010(01)
[2]物理气相沉积法制备薄膜的内应力形成机理及测量方法[J]. 张瑛,杨俊峰,方前锋. 科技创新导报. 2009(34)
[3]残余应力测试方法的研究进展[J]. 陈会丽,钟毅,王华昆,张家涛,起华荣. 云南冶金. 2005(03)
[4]薄膜生长基底对FeS2晶体取向的影响[J]. 刘艳辉,孟亮,张秀娟. 材料研究学报. 2004(04)
[5]电沉积复合镀层的研究现状[J]. 李卫东,周晓荣,左正忠,周运鸿. 电镀与涂饰. 2000(05)
博士论文
[1]电沉积Ni-ZrC复合镀层的织构及内应力研究[D]. 张中泉.上海交通大学 2015
[2]S32205双相不锈钢喷丸强化及其组织结构XRD研究[D]. 冯强.上海交通大学 2014
[3]TiB2/Al复合材料喷丸强化及其表征研究[D]. 栾卫志.上海交通大学 2009
[4]电沉积铜薄膜中织构与内应力的研究[D]. 洪波.上海交通大学 2008
本文编号：3093214
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
瓦特溶液pH及电流密度对镍沉积层丝织构的影响
11层外层体积收缩程度变大，从而导致金属沉积层较强的正应力。图1-2 晶体聚集理论示意图Fig. 1-2 Principle of crystallite aggregation theory（4）氢理论在Watts溶液中电沉积制备镍沉积层时，阴极处会有H与H2的产生。这些H与H2可以扩散至镍沉积层之中引起晶格膨胀，从而使得镍沉积层中产生负应力。氢理论认为，沉积层中的氢可以与金属反应形成氢化物。如果某处的氢化物发生分解，就会使氢脱离，造成该分解处的体积缩小，而其它部位的含氢量被增加产生体积膨胀，从而引起沉积层氢化物分解处的正应力[99]。Gul等[34]研究了Ni—Al2O3复合沉积层的内应力状况。研究发现，增加溶液中有机表面活性剂可以减小Al2O3颗粒与镍基晶粒间的相互作用，从而降低复合沉积层的内应力。另外，有机表面活性剂可以促进C元素在镍基晶粒内的吸附
上海交通大学博士学位论文 第一章 绪论12图1-3 镍沉积层厚度对高电流密度(a)[102]及低电流密度(b)[103]下沉积层内应力的影响Fig. 1-3 Influences of thickness on stress of Ni coatings electrodeposited at high (a)[102]and low (b)[103]current density电沉积条件对镍基复合沉积层内应力的影响，根本上是沉积条件决定组织结构，组织结构决定内应力的结果。Erler等[104]制备了纳米Al2O3及纳米TiO2颗粒强化的镍基复合沉积层，并研究了其内应力的分布状况。研究发现，电流密度对纯镍沉积层的内应力大小有明显影响。少量Al2O3颗粒的添加没有引起内应力的强烈变化，而更多Al2O3颗粒的添加引起了Ni—Al2O3复合沉积层内应力的减小。然而，少量的TiO2颗粒的添加却可以大幅度降低Ni—TiO2复合沉积层的内应力。其认为这主要是由于两种颗粒对镍沉积层的结晶机制与织构产生影响造成的。Hoffman等[105]提出了晶粒团聚思想，认为晶粒在生长过程中，通过粗化的方式来降低晶粒表面自由能。但在晶粒生长过程中，由于基体的限制，导致沉积层产生正应力，且沉积层内应力随着晶粒尺寸减小而增大。织构对沉积层内应力也有一定的影响。镍(111)晶面高的杨氏模量及大的应变能，都将导致(111)织构的沉积层内应力大于(200)织构的沉积层[106, 107]。相比纯金属沉积层
【参考文献】：
期刊论文
[1]钛及钛合金表面金属电沉积的预处理问题[J]. 屠振密,朱永明,李宁,胡会利,于元春. 中国表面工程. 2010(01)
[2]物理气相沉积法制备薄膜的内应力形成机理及测量方法[J]. 张瑛,杨俊峰,方前锋. 科技创新导报. 2009(34)
[3]残余应力测试方法的研究进展[J]. 陈会丽,钟毅,王华昆,张家涛,起华荣. 云南冶金. 2005(03)
[4]薄膜生长基底对FeS2晶体取向的影响[J]. 刘艳辉,孟亮,张秀娟. 材料研究学报. 2004(04)
[5]电沉积复合镀层的研究现状[J]. 李卫东,周晓荣,左正忠,周运鸿. 电镀与涂饰. 2000(05)
博士论文
[1]电沉积Ni-ZrC复合镀层的织构及内应力研究[D]. 张中泉.上海交通大学 2015
[2]S32205双相不锈钢喷丸强化及其组织结构XRD研究[D]. 冯强.上海交通大学 2014
[3]TiB2/Al复合材料喷丸强化及其表征研究[D]. 栾卫志.上海交通大学 2009
[4]电沉积铜薄膜中织构与内应力的研究[D]. 洪波.上海交通大学 2008
本文编号：3093214
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