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1、硼含,对化学镀镶硼合金层组织和性能的影响合肥 工业大学宣天鹤邓宗钢摘共才、_之研究了硼含里与化学镀镍硼合金层组织和性能的关系.结果表明:硼含量对 镍砚合金层的表面形浇影响不大.翻含最低的合金层为晶态,随硼含量的增加,其结构逐渐转变为非晶 态.晶态镶硼镀:的显微硬度比非晶态镀层的高,其耐磨性也优于非晶态镀层.Effe etofBo ronContento nStruetu reandProPertiesofEleetrole、:DeP。、itedNickel一Bo ro nAlloyCoatingXu a .Tian和ngDe ngZo ngga ngSynopsis竹15paperdeals,
2、云tbtherelatio nbet,eeobo rnconte nta ndt】, estruct“re.rie aoreleetroles sNi一Beonti。二T 卜er esu一ts五e份5thatbo re n: o:tent卜as.o r灿0109了ofe!e”tr olc s sNi一Bal lo了eoatiogThestroetureoftheeo atinglittleeffeeontaioingcto nth.prop色surfa ee!owefet ystallin e;r es获,tan c eItsst印etur ei:eonv e r比dradullyint o.
3、oo erystalwithiner easingboron.T hehardnes seo ating15卜i曲erth.nt五oseofno nerystllineeo atingboro n15and下e aroferystalline一、前言近年来,化学镀镍硼合盗层作为一种新的表面强化涂层已逐渐引起人们的重视。化学镀镍硼合金的镀覆工艺及热处理对其组织性能影响的研究在国内已有发表一3,但硼含量对化学镀镶硼合金层组织和性能的影响还未见报道,对此本文进行了研究,为实际应用提供依据。二、试验条件及方法化学镀镍硼合金槽液的基础配方见文献4,适当地调整镍盐和稳定剂的含量可获得不同硼含量的化学镀镍硼
4、合金。镀层表面形貌在S一5”扫描电镜下观察,组织结构分析 在H一80 0 透射电镜和D.。/R B旋转阳极X射线衍射仪上进行。透镜薄膜样品的制备是先将裸翻合金镀在铜片上,然后在酪酸溶液 中(璐醉5009/1,硫酸2 59/l)将铜片溶解,镶翻被层经双喷减薄后方可。X射线分析和磨损试脸的方法和条件 如文献5所述.三、试验结果和讨论1,化学镀镇硼合金层的表面 形貌图1是Ni一4.8%B合金层的表面形貌,衰面以片状沉积,并具有许多大小不一的胞状执加工工艺6/19a9物,这与Ni一2.5%B合金的表面形貌相同“,说明硼含量对化学镀镍硼合金层的表面形貌无影响。图1化学镀Ni一刁。8肠B合金层的表面形貌化
5、学镀镍硼合金层以片状沉积是因为镍娜合金的沉积速率不但与槽液本身特性有关,而且还与基体金属的晶体学特性和缺陷有关。基体表面存在螺位错或晶界处优先沉积和长大,沉积层增厚速率较其它地点大。这些增厚速率不同的沉积层宏观上就构成了片层状结构。同时,基体材料上的位错摇头、气孔、裂坟和划痕等会成为镍翻合金的沉积中心,以这些中心开始沉积,然后逐渐外延分层长大,随着镀层的生长和增厚,逐渐长大成了具有丘状的外形,即表面形成许多胞状物.J。2.化学镀镇硼合 金层的组 织结构不同硼含量的镍硼合金层X射线衍射图见图2。Ni一2.6 8%B合金层的衍射图象上有两个明锐的衍射峰,经分析认定,它们分别为镍金属的(111)和(
6、2 00 )晶面衍射而成、这表明了Ni一2,.6 8%合金层镀态下为晶态。由于翻在镍里的最大溶解度为。.0 3 %B,因此,Ni一2.6 8%B合金层是硼在镍中的过饱和 固溶件。结晶未充分进行,所以晶界不太明显。图在是Ni:4、8写B食金层镀态下的透射电镜图象,电子衍射花样为2二3条漫散射晕环,这是非晶衍射的结果,因此,Ni一4.8%B合金层镀态下为非晶态,图4伪)表明弓该非晶合金 具有点状组织,上面分布有“牛眼状”物。一, 、如.灿! 一一/ 、一川一口 喇尸、一-!v万一饰一一,交-一飞才2 日C卜Ka)图吕化学镀镍硼合金层I一Ni三2.68 B万胶层,味Ni4.8绍B徽层(镀态)的X射线
7、衍射图! 一Ni一3.65男B艘层U一Ni一5.8拓B俊层Ni一3.6 5%B合金层的X射线图象上只出现了Ni( l11 )衍射峰,而且不够明锐,并有不对称宽化现象。所以,Ni一3.6 5%B合金层镀态下也是晶态,晶粒比Ni一2.6 5%B合金层的细小,晶体完整性也不如N卜2.6 5%B合金层。Ni一4.8肠B合金层被态X射线衍射图象上在Ze二4 5。处都出现了馒头包状衍射峰,表明这两秒翻食童的镶砚合金层为非晶态.但典型的非晶态X射线衍射图是在Ze、2 0“处出现.馒头包,而上述馒头包出现的角度恰巧与N i(1 11 )衍射峰重合,可见它们还是具备一定的晶体学特征,因此,它们的结构是晶态向非晶
8、态的过渡阶段,. 或者说是具有短程有序的微晶结构7。图3是Ni一2.6 8%B合金层透射电镜图象,其镀态下电子衍射花样上出现了若干尽衍射环,经标定,它们分别是Ni(111)、N i(2 00)、N i(220)、Ni(311) ,这进一步 证明了硼含里较低的化学镀镍翻镀层镀态为晶态。但可看到Ni(1 11)与Ni(200)未完全分开,其它衍射环也不牌早明锐,因此该合金在镀态下处于不完全结晶状态。图3(b )是该合金层的明场图象,可见过饱和固溶体的块状晶拉,电于气绳(a)电子衍封花样(b)明场 图攀图8化学镀Ni一2。6 8 肠B合金层的透射电镜图象(a)电子衍扮花样一 (b)明 场田象图4化学
9、镀Ni一4。合肠B合金层的透射电镜图象这与晶态组织差别很大。施镀时,合金以“牛眼”处为中心沉积,由于硼 原子在镍中的扩散,最终形成了“牛眼状”组织 e峪综上所述,化学镀镍硼合金层的晶体结构与镀层的硼含量有关,随栩含最的增加t, 镍硼合金层的结构 由晶态逐渐向非晶态转变。这是因为超过一定的侧含量后,非晶态的吉布斯 自由能最低,有利于非晶态结构的形成a。3 .化学镀镶硼合金层 的硬度和耐磨性由图5可见,硼含量较低时,镀层显微硬度随硼量增加而增高。.因为此时镀层结构是硼. 在镍中形成的过饱和固溶体,翻量增加,溶质原子增多,晶格畸变严重,硬度增高。当超过镀层最差(图7)。镍硼镀层的耐磨性优于硬铬镀层是
10、因为它的内应力比硬铬镀层小,耐冲击性比硬铬镀层好。,10一5飞三.b一x书长写斑3.舫%B左右时,随硼含量的增加,镀层的显微硬度呈下降趋势,这是由于此时镀层结构发生 了变化,由过饱和固溶体转化成非晶态,硬度也相应地发生了变化。这说明,硼在镍中的过饱和固溶体的显微硬度比非晶态的镍硼合金层高。镀层含3.6 5%B时硬度最高,为HV。.,75 7。二工. 侧份砚香t日%图5硼含量与镀态下化学镀镍硼合金层显微硬度的关系图6是硼含量不同的化学镀镍硼合金层镀态下的耐磨性。结合图5可知,化学镀镍硼合金层镀态下的硬度和耐磨性大致相对应,Ni一3.6 5%B合金层耐磨性最好。如前所述,随硼含量的增加,化学镀镍硼
11、合金层的结构由晶态向非晶态转变,非晶态结构原子间结合力比晶态原子 间结合力小,在磨损过程中原子极易发生转移,使磨损加剧,镀层的磨耗量增加。因此,晶态的镍硼合金层 比非晶态的镀层具有更优良的耐磨性。03Q6090磨摄时问(h)图7化学镀镍硼、镍磷合金层和 硬铬镀层镀态下的耐磨性(I一N i一2.5拓B被层.1一硬格彼层.,一N i一4.9形P键层)四、结论1.化学镀镍硼合金层以片层状沉积,表面有胞状物,硼含量对其表面形貌影响不大。2.硼含量对化学镀镍硼合金层的组织结构有较大的影响,低硼的镍硼镀层为晶态,不完全结晶的固溶体晶界不明显;高硼镀层为非晶态,组织为点状十牛眼状。3.硼含量较低的镍硼固溶体
12、比硼含量较高的非晶态具有更高的硬度和更好的耐磨性,因此,实际生产中工模具应用镍硼合金层进行表面强化处理时应使镀层的硼含量在3.6 5 %B左右,以获得最佳的硬度和耐磨性。4.在相同的工作条件下,化学镀镍硼合金层的耐磨性最好,硬铬镀层次之,镍磷合金层最差。l v通mu0000月q3,Z口.飞卜?。x补攀半瑰。a51几一豆一决报时问(卜)图矿硼含量与镀态下化学镀 镍硼合金 层耐磨性的关系(I一N i一2.6 8书B彼层,I一N i一3.6 5 拓B镀互一Ni一4.8拓B镀层,W一Ni一5.82书B艘层)为对比化学镀镍硼合金层与其他涂层的耐磨性,在相同条件下,对化学镀镍硼合金层,镍磷合金层和硬铬镀层进行 了磨损试验。结果镍硼镀层的耐磨性最好,硬铬镀层次之,镍磷参考文献i高怡遥千.电坡与精饰,1 98了.1(2宜天鹅千.衣面&术,19 89.13胡望宇子,电彼 与精饰,1989.1(4宣天鹅等.热加工工艺,1989,1(5宝 天呜千.热加工工艺,1988,46黄子助斧.电被班论,农业机械出版社.1982(了)邓宗 钢等,机械工程材杆,198 8.3(8Ka njiMasui,Metal Finishing.1986,8
