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覆镍深冲钢带表界面结构和相关性能

肖刘  
【摘要】: 覆镍深冲钢带用于生产高性能电池外壳,要求覆镍层均匀,与基体结合良好,镍层结构致密,孔隙率低,耐蚀性好,延展性优良,并可经受冲压加工而不出现裂纹、剥离等弊病。性能的改善和提高来源于结构的改造与优化,在制备覆镍深冲钢带后,通过真空热处理在界面形成铁镍过渡层,再经过激光表面热冲击细化表面晶粒,熔覆部分孔隙,提高耐蚀性。 涂层界面结合状况是决定涂层材料性能好坏的关键。采用适当的热处理,镍铁过渡层的形成,使界面具有牢固的冶金结合。扩散过渡层的存在固然重要,但过渡层的厚度需要控制。过渡层过厚,铁露出或过多的露出表面,钢带的耐蚀能力将会下降或严重下降。因此,有效控制过渡层厚度是热处理工艺的关键。用电子探针检测镍铁成分分布曲线,首先假设扩散系数与浓度无关,根据实验结果,采用无限大扩散偶模型,使用扩散方程的误差函数解对实验结果进行拟合,获得铁镍的互扩散系数;然后考虑扩散系数与浓度有关的一般情况,与常规的玻耳兹曼-俣野法相区别,采用最小二乘法对实验数据进行拟合处理,得到元素浓度分布的曲线方程,从而求得与浓度有关的互扩散系数。结合铁镍相图,可以了解界面相结构,X射线相分析结果证明了相图预期结构的存在。 钢带上的镍涂层属阴极性涂层,孔蚀是腐蚀的主要形式。以脉冲激光热冲击覆镍深冲钢带,熔化覆盖部分涂层表面的孔隙,改善涂层的表面结构。激光可以将高度集中的能量,按所需的位置和时间,以预定的量值,准确地投射到材料上。我们以高能量激光束迅速扫描工件,在其表面极薄的一层小区域内快速吸收能量而使温度上升,达到相变温度,利用工件基体的热传导自冷淬火,实现表面相变硬化。应用交流阻抗技术检测,发现激光热冲击处理提高了覆镍深冲钢带的耐蚀性能。与真空热处理比 研力护威公文 甩 色瀑 一 们 常 在鼻 胃 焙构 未 相 要 佳An 较,激光热冲击后基体晶粒基本不受影响,在改善耐蚀性能的 、同时,保证了冲压成型的足够塑性。 覆镍钢带要加工成电池壳的形状必须经过7道工序才能冲 压成型。在冲压成型过程的数值模拟中,材料的应力应变关系, 即本构方程是必需的。分离法分别测定基体镀与未镀情况下的 应力应变曲线,建立简单的模型,利用弹塑性力学,实现涂层 应力应变曲线的分离。本文提出了一种新的薄膜/涂层应力应变 关系的测试方法,即在扫描电镜观察的同时,通过测定涂层/基 体复合体和单一的基体的应力应变关系,由简单的理论模型来 确定涂层的应力应变关系。这种方法新颖,可以原位观察涂层 的变形过程及涂层内裂纹的萌生时刻和裂纹扩展过程的有关信 息,不仅如此,还可以考虑残余应力的影响。 本文从三个方面对覆镍深冲钢带的结构和性能进行研究, 分别得到了铁/镍互扩散系数、定量表征的耐蚀性和镍层的应力 应变曲线。主要的创新点有:涂层应力应变曲线的分离考虑了 残余应力的影响;从X射线能谱线分析的定性方法出发,定量 求解了界面的互扩散系数;激光表面处理和电化学交流阻抗谱 的综合运用,可以确定激光热冲击的最佳工艺参数。


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