新型Cu-Ni-Cr纳米复合镀层的制备及氧化性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄忠平 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-11-01 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 王福会 |
| 关键词 | 纳米复合电镀 Cu-Ni-Cr纳米复合镀层 高温氧化 纳米晶 硬度 |
| 其他题名 | Preparation and Oxidation Properties of Novel Cu-Ni-Cr Nanocomposite Coatings |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | Cu基合金具有很好的导电、导热性。但是，较差抗高温腐蚀性能限制其广泛应用。通常加入Cr可以提高合金抗高温腐蚀性。对于Cu及Cu基合金由于Cr在Cu中的溶解度和扩散速率很低，因而即使加入较高的Cr含量，也难以形成连续的Cr2O3氧化膜。本论文根据晶粒细化可以促进金属扩散的原理，采用纳米复合电镀(NCE)的方法制备了新型Cu-Ni-Cr纳米复合镀层，并对其组成结构和氧化性能进行了研究。 Cu-Ni-Cr纳米复合镀层，从添加Cr纳米颗粒的柠檬酸钠镀液中制取，它由纳米晶Cu-Ni固溶体基体和弥散分布的Cr纳米颗粒组成，其化学组成可通过改变镀液中的CuSO4∙5H2O浓度和Cr纳米颗粒含量来调节。 800oC空气中的氧化实验获得如下结果： （1）Cr含量对Cu-Ni-Cr纳米复合镀层的影响。Cu-50Ni合金镀层的氧化速率非常快，其氧化层由CuO，Cu2O和NiO组成。而复合15 wt. % Cr的Cu-Ni-Cr纳米复合镀层（Cu与Ni含量之比为1），能形成一层连续的Cr2O3外氧化膜，导致氧化速率迅速降低，并且氧化速率随Cr含量增加而进一步降低。 （2）与相同成分电弧熔炼（AM）的Cu-Ni-Cr合金比较。富Cu的Cu-30Ni-20Cr合金是由富Cu的α相、富Ni和相对富Cr的β相和少量富Cr的γ相组成。氧化时，Cr在Cu中的溶解度很低而且三相存在热力学平衡，导致Cr2O3外氧化膜很难形成。其典型氧化膜具有三层结构，外层为很厚的CuO，中间层为Cu、Ni和Cr的混合氧化物层，内层是围绕β相形成的Cr2O3。富 Ni的Ni-30Cu-20Cr合金主要是由β相组成，并有少量的α相。氧化时β相上能迅速生长Cr2O3，并且其沿CuO/α相界面生长形成连续的氧化层，导致氧化速率明显降低。富Cu的Cu-30Ni-20Cr纳米复合镀层的氧化速率和富Ni合金的相似，均能形成一层连续的Cr2O3外氧化膜。纳米复合镀层能形成单一的Cr2O3膜，其原因在于其独特的结构能促使连续Cr2O3层快速形成，其氧化过程可描述如下：氧化时，Cr2O3在表面弥散分布的大量Cr纳米颗粒以及部分纳米晶Cu-Ni固溶体基体晶界上快速形核。同时，纳米颗粒溶解产生的Cr沿Cu-Ni基的纳米晶晶界向氧化前沿快速扩散，促使Cr2O3核快速横向生长形成连续的氧化膜。与富Cu的纳米复合镀层相比，Cr在富Ni镀层的扩散速率更快，连续Cr2O3膜形成所需的时间更短，保护性能更佳。 （3）与磁控溅射（MS）和表面机械研磨（SMAT）制备的Cu-30Ni-20Cr纳米晶相比较。MS和SMAT制备的纳米晶都能形成连续的Cr2O3氧化膜。但是，MS Cu-30Ni-20Cr氧化时其柱状晶之间形成了内生的Cr2O3。而SMAT Cu-30Ni-20Cr局部区域（α相）仍优先生长CuO。与此相比，NCE Cu-30Ni-20Cr氧化时形成一层单一的，薄而均匀的Cr2O3外氧化膜。说明纳米复合镀层的结构更有利于迅速形成连续、致密的Cr2O3。 另外，对纳米复合镀层的硬度和弹性模量进行了测量。维氏硬度实验和纳米压痕的实验结果表明：Cu-50Ni合金镀层的硬度与成分相同的AM合金相比有大幅度提高，复合Cr纳米颗粒后硬度进一步增加。NCE Cu-30Ni-20Cr的硬度和相同成分的AM合金相比，也大幅度提高。Cu-Ni-Cr纳米复合镀层具有较高的硬度是由于晶粒细化强化和Cr颗粒弥散强化的共同作用。NCE Cu-30Ni-20Cr的弹性模量与AM Cu-30Ni-20Cr相比变化不大，而且压痕形状规则，表明纳米复合镀层结构致密、Cr颗粒分布均匀。MS Cu-30Ni-20Cr纳米晶的硬度虽然与NCE Cu-30Ni-20Cr相差不大，但是压痕形状不规则，弹性模量较小，这是由于其柱状晶结构以及晶间孔隙的存在。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 105 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16937]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄忠平. 新型Cu-Ni-Cr纳米复合镀层的制备及氧化性能研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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