郭文才：硕士，助工 Tel :023********* E 2mail :cetydid @1631com
北京心理学函授学院
电刷镀镍基SiO 2复合镀层热稳定性能研究郭文才1，谭 俊2，常祖鹏1，陈晓华1
(1 驻重庆北碚区军代室，重庆400700;2 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京100072)
摘要 采用脉冲换向复合电沉积的方法，制备出了含纳米SiO 2的纳米晶复合镀层。通过引入弥散纳米SiO 2
的技术途径，来阻碍纳米晶晶粒界面的迁移，进而控制纳米晶的高温生长。通过改变工艺参数，研究纳米SiO 2对镀层纳米晶生长的影响规律，探讨纳米第二相对纳米晶复合镀层晶粒热稳定性控制的机制。 肾b超关键词 电刷镀 复合镀层 热稳定性能
Study on the H eat Stability of n 2SiO 2/Ni Composite Coating by Brush Plating
GUO Wencai 1,TAN J un 2,C HAN G Zupeng 1,C H EN Xiaohua 1
(1 Beibei Military Representive Office ,Chongqing Bureau ,Chongqing 400700;
2 National Key Laboratory for Remanufacturing ,AAFE ,Beijing 100072)
Abstract n 2SiO 2/Ni composite coating is prepared by brush plating with pulse 2reverse current.With the dis 2
persing of the nano powders in the coating ,the migration of the grain 2boundary plane is rejected ,and then the growth of
the nano strain crystals is controlled.Through changing the parameters of the technology ,the effect regularity of n 2SiO 2to the growth of the grain crystals and the controlling mechanisms of n 2SiO 2to the heat stablility of the grain crystals are researched.
K ey w ords brush plating ,composite coating ,heat stability
0 前言
电沉积法制备纳米晶镀层具有其独特的优势。然而，研究表明[1～3]：电沉积纳米晶镀层与其它法制备的纳米晶材料一样，在高温下晶粒会发生长大。如纳米镍镀层晶粒开始长大的温度为320℃。当晶
粒长大到一定尺度时，纳米晶镀层将失去纳米材料的优异性能。因此，通过何种方式来控制镀层晶粒的长大，显得越来越重要。采用复合电沉积的方法，制备出含纳米第二相的纳米晶复合镀层就是一种很有研究价值的途径。通过引入弥散纳米第二相的技术途径，来阻碍纳米晶晶粒界面的迁移，进而控制纳米晶的高温生长。
纳米SiO 2由于其优良的性能，被广泛应用于弥散纳米第二相。本论文利用脉冲换向电刷镀技术制备了n 2SiO 2/Ni 复合镀层，来探讨纳米第二相对纳米晶复合镀层晶粒热稳定性控制的机制。
1 试验内容与方法
镀液采用Ni 和n 2SiO 2/Ni 复合镀液；基质金属为45钢(Ф25.4mm ×6.0mm )。
电刷镀电源采用DSD 275直流电源,Z B 2200脉冲转换器和MD 2100脉冲换向电源。镀层的制备工艺流程为：电净-活化-打底-镀工作层，工艺参数如表1所示。镀层厚度均在0110～0112mm 之间。
采用GEN ESIS 型X 射线能谱仪分析复合镀层纳米晶的尺寸。测试在ПM T 23显微硬度计上进行。试验参数：测试载荷50g ，加载时间15s ，取5次测试结果的平均值作为镀层的显微硬度。 表1 不同镀层的工艺参数
镀层种类电流特性工作电压/V位移比
电流参数
Ni 和n 2SiO 2/Ni 直流12V
-Ni 和n 2SiO 2/Ni 脉冲换向
12V (-5V )
脉冲频率100Hz
，换向频率10Hz
(每8个正向脉冲后接2个反向脉冲)
2 结果与讨论
2.1 镀层的微观组织
图1显示了直流n 2SiO 2/Ni 复合刷镀层常温下透射电镜组织及其电子衍射花样
。可以看出，复合刷镀层由小于40nm 的纳米晶组成；其构成相以面心立方的Ni 相为主，并含有少量SiO 2相;n 2SiO 2颗粒在基质金属Ni 中弥散分布。
图1 直流n 2SiO 2/Ni 刷镀层常温下的微观组织图2显示了脉冲换向n 2SiO 2/Ni 复合刷镀层常温下透射电
·
57·电刷镀镍基SiO 2复合镀层热稳定性能研究/郭文才等
镜组织及其电子衍射花样分析结果。结果表明，与图1
中直流复合刷镀层晶粒比较，脉冲换向复合刷镀层晶粒更小，电子衍射图呈环状花样，环状清晰；其构成相仍以面心立方的Ni 相为主，与直流刷镀层中弥散分布的n 2SiO 2颗粒相比，脉冲换向刷镀层中n 2SiO 2颗粒更小
。
图2 脉冲换向n 2SiO 2/Ni 刷镀层常温下的微观组织图3显示了经400℃保温15min ，空气中冷却至室温的热处理后，直流复合刷镀层和脉冲换向复合刷镀层的TEM 明场像((a )和(c ))和电子衍射花样((b )和(d ))。与常温下对应镀层微观组织比较及两种镀层间比较，结果显示，经过400℃热处理后，直流刷镀层晶粒明显长大，晶粒尺寸大于50nm ，电子衍射图呈斑点花样，而脉冲换向刷镀层晶粒生长不明显，镀层仍由纳米晶组成，电子衍射图呈环状花样，环状仍清晰，说明脉冲换向复合刷镀层耐高温性能更好
。
图3 400℃热处理后n 2SiO 2/Ni 复合刷镀层微观组织
2.2 热处理对镀层晶粒尺寸的影响
晶粒尺寸的计算采用Scherrer 公式[4]:
D hkl =K
λcos θ
βhkl
(1)
其中:θ为掠射角,βhkl 为半峰宽,K 为常数:K =0
189,λ为X 射线波长:λ=01154nm ，试验中取(111)面衍射峰的半峰宽作为βhkl 。通过对直流和脉冲换向电沉积条件下得到的Ni 及n 2SiO 2/
Ni 复合镀层进行X 射线衍射试验，利用公式(1)得出各镀层晶粒尺寸如图4所示。由图中可以看出，脉冲换向n 2SiO 2/Ni 复合镀层的晶粒尺寸明显比其它镀层的晶粒尺寸要小。这说明脉冲换向电流与纳米
东城职介
颗粒的共同作用对镀层减小晶粒尺寸有很明显的作用
。
分别在400℃和600℃下热处理后，各镀层的晶粒尺寸变化如图5所示。由图可以看出，经过热处理之后，各镀层的晶粒尺寸都有了不同程度的长大，在热处理温度为400℃时，脉冲换向
n 2SiO 2/Ni 复合镀层的晶粒尺寸仍然小于30nm ，脉冲换向电流
和纳米颗粒对晶粒长大的抑制作用比较明显。但是在热处理温度为600℃时，各镀层的晶粒尺寸都有了明显的增大，镀层的晶粒尺寸都大于50nm ，不含纳米颗粒的镀层晶粒尺寸已经达到了
80nm ，所以仍然可以看出纳米颗粒对抑制镀层晶粒的长大作用
很明显
。
表2 热处理对镀层晶粒尺寸和硬度的影响镀层
25℃
热处理400℃热处理600℃
晶粒尺寸nm 硬度HV 晶粒尺寸nm 硬度HV 晶粒尺寸nm 硬度
HV 直流Ni
39.0448.5501741088.4302.9脉冲换向Ni 30115001538.7444.88010368.7直流n 2SiO 2/Ni 28.4536.135.948456.1344.4脉冲换向n 2SiO 2/Ni
17.5
669.8
26.6
55015
51.9
393.7
(下转第82页)
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郑福双
(上接第76页)
2.3 热处理对镀层硬度的影响
表2为常温下和热处理400℃和600℃对不同镀层晶粒尺寸和硬度的影响。总的来看在热处理后，镀层晶粒尺寸增大，硬度下降，但是也有个别不同现象存在
。
图6 不同热处理温度下镀层晶粒尺寸和硬度的关系图6为镀层的硬度与D 1/2关系图。首先，在没有经过热处理及热处理温度在400℃时，镀层的硬度与D 1/2基本呈直线关系，即符合Hall 2Petch 公式[5]，镀层的硬度沿晶粒尺寸的增大而降低。此时镀层晶粒尺寸对硬度的影响占居主导地位。当在热处理温度在600℃后，镀层的硬度不再随镀层的晶粒尺寸成直线分布，此时的热处理温度已经在镍的再结晶温度附近，随着温
度的升高，镀层出现了再结晶现象，各镀层的硬度均有了大幅度的降低，镀层的晶粒尺寸对硬度的影响已经不明显了。
3 结论
(1)刷镀层均为纳米晶镀层，随着热处理温度的升高，镀层
的晶粒均有长大，但是脉冲换向工艺对抑制纳米晶长大的作用比较明显。
(2)热处理400℃以下时，镀层的硬度与D 1/2基本成直线关系，即符合Hall 2Petch 公式，在热处理600℃后，镀层出现了再结晶现象，各镀层的硬度均有了大幅度的降低，镀层的晶粒尺寸对硬度的影响已经不明显了。
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