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结晶器铜板镀覆Ni-Fe合金新工艺及性能研究

于金库  
【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2~3倍,改变镀液中浓度比,获得了铁含量为3~5 wt.%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3.54~5.02 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。


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