CO2超临界流体中制备镍基复合电铸层的微观组织和显微硬度.docx

第42卷第9期稀有金属材料与工程、，01．42． No．92013年9月RARE METAL hL狐RIAI，S AND ENGn町EERINGSeptember 2013C02超临界流体中制备镍基复合电铸层的微观组织 和显微硬度王星星1，龙伟民1，雷卫宁2，刘维桥2，吕登峰1(1．郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室，河南郑州450001)(2．江苏理工学院，江苏常州213001)摘要：简单介绍c02超临界流体(scF．c02)复合电铸的实验方法，采用扫描电镜(SEM)、数字显微硬度计对Ni．A1203和 Ni．金刚石复合电铸进行研究，分析SCF．C02环境下制备的Ni．A1203复合电铸层(N1)和Ni．金刚石复合电铸层(N2)的表面微观 组织，探讨强化颗粒(纳米A1203和微米金刚石颗粒)、压力对N1和N2显微硬度的影响。结果表明，scF．c02环境下制备 的N1表面光亮、平整，A1203颗粒的分散效果好；随着A1203颗粒添加量增加，N1的显微硬度先逐渐上升后快速下降，在其添加量为60 g／L、压力为14 MPa时，N1显微硬度最大，为11．4 GPa，是大气环境下制备的Ni-A1203复合电铸层的2倍多， 此时Nl中A120，颗粒的复合量为9．9％(质量分数)。scF．c02环境下制备的N2表面含有黑色金刚石颗粒、微观组织呈胞状均 匀分布：随着金刚石颗粒添加量增加。N2的显微硬度呈现先快速上升后逐渐下降的趋势，在金刚石颗粒添加量为60 g／L、压力为10 MPa时，显微硬度最大，可达到9．1 GPa，当压力高于14 MPa后，N2的显微硬度快速下降。关键词：镍基复合电铸层；超临界流体：纳米A1203颗粒；金刚石颗粒；微观组织 中图法分类号：TGl74；TQl53文献标识码：A文章编号：1002．185x(2013)09．1931．05金属基复合材料具有制备温度低、设备简单、 电沉积具有如下优点[_7】：(1)体系乳化液具有极佳的分 成本低廉、表面性能佳、产品多样等优点，在航空、 散、整平能力，可有效改善电沉积层的表面均匀性： 航天、船舶、石油、化工等领域得到了广泛应用。 (2)scF—c02具有良好的混溶性，使得电铸过程产生的 复合电铸是制备这类材料的有效方法之一【1】。复合 H2快速溶解在SCF—c02流体中，抑制电铸层表面气 电铸以金属电沉积为基础，在金属或合金电解液中孔、麻点等缺陷产生；(3)SCF．c02具有极好的传输性 添加一种或数种不溶性的固体颗粒，使其与基质金能，有利于金属离子传质，实现高速电沉积。针对 属或合金共沉积，从而获得具有某种特殊功能或形SCF．C02电沉积技术，国内外学者对SCF．C02金属镍 状的金属零部件。 电铸层的溶液特性、内应力、离子传输、参数影响、近10年来，电铸界的国内外学者们采用超声波搅 表面性能等开展了一系列的研究【7。2们，获得了较为成 拌、脉冲电流、人工神经网络等技术方法【2-4】，开展对 熟的制备工艺。而有关SCF．C02复合电铸技术的研究， Ni—A1203、Ni一金刚石、Ni—Ce02、Ni—SiC、Ni—Zr02、 目前国内外报道还很少涉及。在前期研究工作[5墙，l 2‘”】 Ni—La20”Ni．TiN、Ni—AlN、Ni．Pb02等复合电铸技术 基础上，本实验主要开展对Ni．A1203和Ni．金刚石复 的研究，进一步验证金属镍离子与强化颗粒(A1203、 合电铸的研究，分析Ni．A1203复合电铸层(N1)和Ni一金刚石、Ce02、SiC、Zr02、La203、TiN、AlN、Pb02金刚石复合电铸层(N2)的表面微观组织和显微硬度， 等)可共沉积形成镍基复合电铸层。希望对微机电系统、新型微纳米复合材料等相关领域超临界流体(supercritical nuid，scF)是指温度和的研究和应用提供参考信息。 压力处于临界温度及临界压力以上的流体，其理化性1实验质介于气体和液体之间。C02超临界流体(ScF．c02、是指C02气体其压力和温度参数分别在7．3 MPa、3 1SCF—C02镍基复合电铸的实验装置，如图1所示‘211。℃以上的一种特殊的流体状态。利用SCF．C02的独特 与SCF—C02纯镍金属电铸装置【7，81不同，图1装置中 性质，与电沉积技术有机结合，制备微纳米金属沉积 阴阳极板采用水平放置，同时搅拌采用水平机械搅拌， 层，是电沉积技术一个新的研究方向【5，61。scF—c02 这样更有利于镍基复合电铸的快速实施。所用电源为收稿日期：2012．10．10 基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”计划)(2012cB723902)；国家高技术研究发展计划(“863”计划)(2012AA040208) 作者简介：王星