结晶器钢板表面电沉积RE-Ni-W-P-B_4C复合镀层的研究

【摘要】： 本文主要研究了在连铸结晶器铜板上电镀RE-Ni-W-P-B4C复合镀层的工艺条件,获得了具有高硬度、耐磨、抗氧化性能较好的复合镀层。研究内容主要有: 通过分析298K下的W-H_2O、P-H_2O和Ni-P-H_2O系的电位-pH图和固体微粒电沉积原理,解释了RE-Ni-W-P-B4C复合镀层的电沉积机理,其中W通过Ni诱导共沉积进入镀层,P以金属化合物Ni3P形式进入镀层,固体微粒CeO_2和B4C都是以共沉积形式进入镀层。通过实验研究了不同镀液组成和工艺条件对镀层硬度、厚度、表面和截面形貌的影响,对实验条件下获得的镀层,用HM~(-1)14型显微硬度仪测定镀层的硬度,用ASM-SX型扫描电子显微镜分析了镀层的表面形貌和截面形貌以及厚度。实验结果表明,在镀态下RE-Ni-W-P-B4C复合镀层的硬度达到825.1~1097.5HV,厚度为20.5~150μm。通过分析得出的最佳复合镀液组成和工艺条件为:NiSO4·6H_2O:70g·L~(-1),NaH_2PO_2·H_2O:10g·L~(-1),Na2WO4·2H_2O:150g·L~(-1),C6H8O7·H_2O:140g·L~(-1),B4C:90～110g·L~(-1),CeO_2:11g·L~(-1),pH:6~7,Dk:10A·dm-2,T:60℃,t:4h,前三小时持续搅拌,后一小时停止搅拌。 在优化条件下制备的RE-Ni-W-P-B4C复合镀层,具有较好的性能和组织结构。用Philip X-射线衍射仪分析了镀态下的物相主要是非晶态,在500℃下热处理3h的镀层主要为晶态物相:CeO_2、Ni、W、P、Ni_3P、Ni_3B,采用ICP分析优化条件下获得的复合镀层的成分质量百分含量为:Ni:78.41%,W:3.64%,P:3.53%,B_4C:12.84%,Ce_2O:1.32%。镀层与基体间的结合状况良好。镀层的硬度在500℃下热处理3个小时达到最高硬度1236.4HV。比较铜板、Ni-W-P镀层、RE-Ni-W-P-SiC镀层以及RE-Ni-W-P-B4C镀层的抗高温氧化性,铜基体和各镀层在高温下的氧化膜增重速率顺序为:铜板Ni-W-P镀层RE-Ni-W-P-B4C镀层RE-Ni-W-P-SiC镀层。在优化条件下电镀96小时,镀层厚度达到了2219.5μm。 与国内现有的连铸结晶器用镀层相比,RE-Ni-W-P-B4C复合镀层的硬度值、耐磨性、抗高温氧化性等大大提高,且可加工性好,有望成为一类新型的连铸结晶器用镀层。