热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响_第1页
热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响_第2页
热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响_第3页
热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响_第4页
热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响_第5页
已阅读5页,还剩31页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

本科毕业设计(论文)20 届本科毕业论文(设计)论文题目:热处理温度和时间对镍-磷合金镀层硬度的影响 学生姓名: 所在院系: 所学专业: 导师姓名: 完成时间: 本科毕业设计(论文)摘 要本文论述了Ni-P合金化学镀的反应机理,采用酸性溶液化学镀镍-磷合金,研究了热处理温度和时间对镀层显微硬度的影响。通过在镀液中采用络合剂、稳定剂、促进剂 等成分,得到了不同磷含量非晶 态Ni-P镀层。运用显微硬度计、扫描电镜等现代分析工具,系统地 测试和分析了Ni-P 镀层的成分、组织结构及不同磷含量、不同热处理状态的化学 镀Ni-P 合金表面镀层,在50g载荷下的显微硬度。并通过均匀设计法对所测硬度进行优化。优化结果表明:在446 下热处理4.5h, 显微硬度高达1066HV。关键词:化学镀镍,磷含量, 热处理,显微硬度本科毕业设计(论文)Influence of Temperature and Time on the Microhardness of electroless plating Ni-P Coating (1)AbstractIn this paper, the reaction mechanisms of Ni-P alloy electroless plating have been expounded , was plated by process of acidic solution. Temperature and time influence of heat treatment on microhardness of thecoating was studied. In the electroless solution, the composite complexing agent, stabilizer and accelerant are applied, and the concentration of phosphorus amorphous Ni-P coating is gained. The composition, microstructure, microhardness property of Ni-P electroless plating have been studied with the help of modern analytical instrument, such as the scan electron microscope, the photo electron spectroscopy, and so on. The electroless Ni-P coatings hardness was measured by hardness tester with a max, loading capacity of 50g, and the coatings with various thickness had been treated by different heat treatments. It is indicated from the experiment that microhardness are obviously imp- roved after heated at 446 for 4.5h, as well as the microhardness is 1066 HV.Keywords:electroless plating Ni,concentration of phosphorus,heat treatment,microhardness本科毕业设计(论文)目 录1 绪论 .11.1 化学镀镍技术概况 .21.2 化学镀镍的特点 .21.3 化学镀 NI-P 合金机理 .22 实验材料和研究方法 .32.1 试验材料和实验装置 .32.2 基本工艺流程 .32.3 试样前处理 .32.3.1 预磨试样 .32.3.2 清洗 .42.3.3 除油 .42.3.4 除锈 .42.4 镀液成分及配制方法 .42.5 施镀 .62.6 镀件后处理 .62.7 镀层性能测试方法 .72.7.1 镀层显微硬度测试 .72.7.2 镀层的热处理测试 .73 试验结果及分析 .73.1 化学工艺因素的影响 .73.1.1 温度的影响 .73.1.2 pH 值的影响 .73.1.3 其他因素的影响 .8本科毕业设计(论文)3.2 磷含量对镀层显微硬度的影响 .83.3 热处理对镀层显微硬度的影响 .123.3.1 热处理温度对镀层显微硬度的影响 .123.3.2 热处理时间对镀层显微硬度的影响 .134 结论 .19谢辞 .19参考文献 .20英文文献名称(以硫酸镍为主盐的镁合金化学镀镍)本科毕业设计(论文)1 绪论化学镀是指在没有外电流通过,利用还原剂将溶液中的金属离子化学还原在呈催化活性的物体表面,使之形成金属镀层,故亦称不通电镀(ElectrolessPlating)1。化学镀Ni-P合金的基本原理就是通过镀液中镍离子还原,同时伴随着次亚磷酸盐的分解而产生磷原子进入镀层,形成过饱和的Ni-P固溶体层。由于化学镀工艺的独特性,其需求量不断增加,在工业中获得广泛的应用,尤其是化学镀镍。化学镀镍也称化学镀镍磷合金,是一种不使用外接电源,也不需要中间层的特殊金属镀层。化学镀镍借助 还原剂(次亚磷酸钠)在镀液中发生氧化还原反应,使镍离子在具有催化活性的金属表面上沉积 2。化学镀镍具有优异的耐腐蚀性能和耐磨性能,一般作为装饰 用或功能性镀层,目前已广泛用于各种非金属材料电镀前的导电层,修复磨损的机械零件,模具和铸件上 进行化学沉积镍后可以改善润滑性,易于脱模耐磨等。化学镀镍磷,由于配制成本低于化学镀镍硼,而且 镀液稳定,易于操作,所以在各个领域中得到广泛应用,约占化学镀镍市场的90%。二十世纪八十年代,国外已成功地解决了镍磷镀液的再生和工艺稳定性等问题,建成了非晶的NiP生产线。近年来,在石油、化工、模具、印刷、航空、航天、汽车、电子、计算机等工业中, 应用化学镀镍的比例不断上升,Ni-P化学镀层已深入上述各个部门中得以广泛应用。以石油领域为 例:油田上工作的零部件及设备大多处于环境恶劣、服役条件苛刻的场合,材料要在含有H 2S、C02、盐水及其它腐蚀介质中长期工作,并且介质的温度为80和 压力为20 Mpa,对材料起着加速腐 蚀破坏的作用, 许多零部件在遭受腐蚀的同时也要承受应力的作用,在上述工件的工作表面镀覆以Ni-P为 基的合金镀层,利用其 优良的耐应力腐蚀性能有效地延长了这些零部件的使用寿命 3。化学镀镍磷合金镀层具有耐腐蚀、耐磨等特点,而且镀层均匀,操作便捷无污染等,其应用领域相当广泛。为了得到不同性能的 镀层必须控制镀层的磷含量,影响镀层磷含量的因素较多,由于镀液成分及施镀过程中各种参数变化的复杂性,导致影响因素也复杂多 变。在众多因素中,镀液中的 络合剂是影响化学镀镍合镀层磷含量的主要因素,起决定作用。同时镀液的 pH值和操作温度也影响着合金镀层的磷含量。在碳钢表面化学镀一层镍磷合金,可以提高其抗蚀性和耐磨性,而热处理则可以提高镍-磷合金镀层的显微硬度和与基体的结合强度等。本文以A3 钢为基体材料,采用酸性溶液化学镀镍 磷合金, 测试了热处理温度和时间对镀层显微硬度本科毕业设计(论文)的影响。 1.1 化学镀镍技术概况由于化学镀Ni-P合金镀层具有良好的耐磨性、耐蚀性及优异的磁性能,而被广泛应用在石油、化工、机械、电子、印刷、 计算机、航天、 纺织等各部门。十几年来,美、日及西欧等国家对此进行了专门研究,不断推出新的专利配方及工艺,并形成了商品系列和专业化学镀厂。然而,近年来我国 对此虽有一定的应用, 但多数镀液都不同程度地存在着一些问题,如:1) 镀液尽管沉积速度较快, 但稳定性较差, 使用寿命短; 2) 镀液稳定性好,但镀层沉积速度较慢;3) 施镀过程中往往难于随时调整镀液的pH值和各成分的含量,从而限制了这一技术的进一步推广和应用 4。因此, 研制稳定性高且镀层沉积速度较快的化学镀Ni-P的镀液及相应的工艺,就成为加速推广 应用化学镀技术的关键。 1.2 化学镀镍的特点化学镀Ni-P镀层是集防腐性和耐磨性于一身的优异功能性 镀层。Ni-P 合金镀层经过适当地热处理,发生部分晶化,形成Ni 3P弥散强化相,使镀层的硬度和耐磨性大大提高 5。迄今为止,化学 镀镍已有50多年的历 史。经过半个多世纪的研究和开发,化学镀镍已进入发 展成熟期。(1) 以次磷酸 钠为还原剂时,由于有磷析出, 发生磷与镍的共沉积,所以化学镀镍层磷呈弥散态的镍磷合金镀层,镀层中磷的质量分数为 1%至 15%,控制磷含量得到镍磷镀层致密,无孔,耐蚀性远优于电镀镍 。(2) 硬度高,耐磨性良好。 电镀镍层的硬度仅为 160180 HV,而化学镀镍层的硬度一般为 400700 HV,经适当的热处理后还可以进一步提高。故耐磨性良好,更难 得的是化学镀镍层 兼备了良好的耐蚀与耐磨性能。(3) 化学稳定性高,镀层结合力好,在大气中以及其他介质中,化学镀镍层的化学稳定性高于电镀镍层的化学稳定性。1.3 化学镀 Ni-P 合金机理化学镀镍磷合金机理探讨以次磷酸钠为还原剂的化学镀镍阴、阳极反应之间存在强烈的影响:次磷酸钠的加入使镍的起始还原电位正移,镍离子的加入使次磷酸钠的氧化电位负移。其原因可能是次磷酸钠加入后,在电极表面吸附,使镍更容易还原,而镍离子加入后,电极表面有晶态镍 生成,从而使次磷酸 钠更容易氧化,即具有“ 催化活性” 6。化学镀镍的阴极过程可能是镍离子首先从络合状态变成游离状态,然后发本科毕业设计(论文)生游离离子放电,溶液中的氢离子得到电子生成活化态的氢原子。活化态的氢原子对镍的还原起催化作用,可以加速镍的还原,同 时自身两两结合生成氢气。阳极过程首先是溶液中的次磷酸盐离子吸附到电极表面,然后发生氧化反应。次磷酸 盐的氧化反应是整个化学镀镍的控制步骤,溶液中镍的生成增加了次磷酸盐的吸附表面。因此,镍的存在可以加速次磷酸 盐的氧化。次磷酸 盐的存在使阴极过程氢的析出更容易进行,进而加速了镍的沉积速度。各分步反应如下:H2PO2- (溶液) H 2PO2- (吸附) (1)H2PO2- (吸附) + H 2O -2e H 2PO- +H2PO32- + 2H+ (2)化学镀镍的总反应可以写成:2 NiL 2+ + 7 H2PO2- + H2O 5 H 2PO32- + 2L + 2Ni-P + 2H2+2H+(3)虽然化学镀的配方、工艺千差万别,但它 们都具备以下几个共同点:(1)沉积Ni的同时伴随着H 2的析出;(2)镀层中除Ni外,还含有与还原剂有关的P 等元素;(3)还原反应只发生在某些具有催化活性的金属表面上,但一定会在已经沉积的镍层上继续沉积;(4)产生的副产物H +促使槽液 pH值降低;2 实验材料和研究方法2.1 试验材料和实验装置本实验采用的基体试样为工业上用的A3钢,将其切割成(2030 6)mm的长方体,中间钻一小孔,以便于牵挂。图1为化学镀镍 的实验装置图,包括电热恒温水浴锅、数 显pH计、 烧杯、搅拌器、挂具等。图1 化学镀实验装置图2.2 基本工艺流程化学镀的基本工艺流程为:预磨试样水洗除油水洗除锈水洗化本科毕业设计(论文)学镀镍水洗干燥热处理。2.3 试样前处理2.3.1 预磨试样将试样的两工作面在砂轮上打磨,其目的是除去工件表面划痕、焊渣、 锈污、氧化皮以及其它表面杂质和缺陷,从而获得平整光滑的表面。2.3.2 清洗对待镀的试样进行清洗,洗去其上上的杂质, 这是十分必要的,也进一步提高了镀件的外观质量。2.3.3 除油除油的目的是清除零件表面的各种动、植物及矿物油脂、油污。使 镀层与基片有良好的结合力。对于零件表面油污较多或经过机械抛光的零件,应先用有机溶剂或除油剂及进行清除,然后和一般零件一样进行化学除油。常有的化学除油药品是氢氧化钠,碳酸钠,磷酸钠等。除油配方 为: 氢氧化钠(4060 g/L)碳酸钠(2030 g/L),硅酸钠(510 g/L)温度为7080 ,除净为止。2.3.4 除锈利用酸的腐蚀性去除零件表面的氧化膜,将零件表面的残余锈皮溶解和剥离掉。盐 酸对金属氧化物具有 较强的溶解能力, 对试样 溶解缓慢, 过腐蚀危害小,酸洗后的工件表面干净。试验 表明:在2%15%盐酸溶液中酸洗,Fe 2+含量小于16%时,酸洗效果最好。本实验选用 15%的盐酸溶液。2.4 镀液成分及配制方法硫酸镍 2030g/L次亚磷酸钠 2030g/L乳酸 25ml/L辅助络合剂 3 g/L辅助络合剂 5 g/L 缓冲剂 10g/LpH 值 4.65.2温度 90 2以次亚磷酸盐为还原剂的镀液有酸性和碱性之分,其中酸性镀液所获镀层本科毕业设计(论文)的结合力强,硬度高,耐磨性和耐蚀性好,但施 镀温度 较高,大多在86以上;而碱性镀液所获得镀层的结合力较弱,镀层磷含量较低,因此耐蚀性和耐磨性均不如酸性镀液所获得镀层。以下分别讨论酸性镀液各成分的作用。(1) 主盐镍盐是镀液的主盐,作用是提供镍离子, 在化学原反应中为氧化剂。可供采用的镍盐有硫酸镍(NiSO 4)、醋酸镍、氯化镍。常用硫酸镍,绿色结晶配成的溶液为深绿色, 实验发现,镍盐浓度高时,沉积速度较快,但镀液稳定性下降。(2) 还原剂选用次亚磷酸钠为还原剂,其本身分解产生出磷原子进入镀层,以Ni-P化合物形式存在于镀层中,同时 一部分则被氧化为亚磷酸钠。亚磷酸盐是十分有害的反应产物,它会与镀液中的 镍离子形成溶解度很小的亚磷酸镍沉淀,使镀层表面粗糙,甚至使镀液分解老化而失效。因此,必 须严格控制镀液中亚磷酸盐的含量,其用量取决于镍盐浓度。当提高次磷酸钠浓度时,沉积速度增大,但 镀液的稳定性下降,易产生沉淀,沉积层表面发暗。(3) 络合剂镀液中随着镍离子不断被还原,H 2PO32-生成越多,容易造成亚磷酸镍沉淀而引起镀液分解。为避免镀液分解和控制沉积速度, 镀 液中必须加入络合剂, 络合剂与镍的离子形成稳定的络合物,用来控制可供反 应的游离镍离子含量,同时起到抑制亚磷酸镍沉淀的作用,使镀液具有较好的稳定性。常用的 络合剂主要有醋酸,柠檬酸,乳酸,苹果酸,丙酸及它们的盐类等。研究表明,只有在络合剂比例适当的条件下,次磷酸盐浓度变化对沉积速度才有影响。随着次磷酸盐浓度的增加,镍的沉积速度上升。但次磷酸盐的浓度也有限制,它镍盐浓度的摩尔比,不 应大于 4,否则容易造成镀层粗糙,甚至诱发镀液瞬时分解。一般次磷酸钠的含量为 2040 g/L。(4) 缓冲剂缓冲剂的主要作用是保持镀液的pH值稳定。因为在化学沉积Ni-P 合金过程中,由于氢离子不断地析出,使镀液的pH值逐渐降低,而pH值的降低又阻碍了沉积过程的进行。镀液中加入缓冲剂,是 为了防止在沉积反应过程中由于镀液pH值的剧烈变化而造成沉积速度的不稳定。缓冲剂中的阴离子可与沉积反应过程中所生成的氢离子结合成为电离度很小的弱酸分子,从而能控制镀液pH值的剧烈变化。缓冲剂的浓度也会影响镀液的沉积速度,因此,必 须经常测定镀液的pH值,本科毕业设计(论文)并用氨水或氢氧化钠溶液来校正。(5)稳定剂为控制镍离子的还原和使还原反应只在被镀基体表面上进行,防止镀液自发分解失效,镀液中应加入稳定剂。 稳定剂的作用在抑制镀液的自发分解,使施 镀过程在控制下有序进行。稳定剂能优先吸附在微粒表面抑制催化反应,从而掩蔽催化活化中心,阻止微粒表面的成核反应,但不影响工件表面正常的化学镀过程。但必须注意的是,稳定剂是一种化学镀镍毒化剂,即反催化剂,只需加入痕量就可抑制镀液自发分解。稳定剂不能使用过量, 过量后轻则降低镀速,重 则不再起镀,因此必须慎重使用。常用的稳定剂主要有硫的无机物或有机物,如硫酸 盐、硫氰酸盐、硫脲及其衍生物等。配制方法:(1) 化学镀镍 溶液必须用蒸馏水或去离子水配制。(2) 按配制镀 液的体积分别称量出计算量的各种药品。(3) 将各种药 品分别预先溶解好,并过滤,由于镍盐在室温下溶解速度很慢,所以允许用热水并在不断的搅拌下进行溶解。(4) 在镀槽中注入 约 1/2 计 量的蒸馏水,依次加入 预 先溶解并过滤好的镍盐,络合剂。(5) 加入缓冲 剂,加速剂等组分。(6) 在搅拌下 调整到工艺规定范围。(7) 补充蒸馏 水到计算量,加入稳定剂。(8) 过滤除去 镀液中的沉积物,即可使用。应注意的是,配制镀液的时候,不能将 镍盐溶液和还原剂溶液直接混合,否则可能发生氧化- 还原反应, 导致溶液失去效用。配制好的镀液应尽快使用,不宜久置,更应避免带入杂质粒子以免使镀液自然分解。 本科毕业设计(论文)2.5 施镀施镀过程中主要的影响因素有:温度、pH值、 搅拌速度、试样的装载比,工艺参数不同直接影响到镀层质量,因此要严格控制。镀镍温度必须预热到70,才能投放镀件。 镀液温度太低,镀件基体表面会产腐蚀, 导致镀液中铁离子 浓度太高,影响 镀层质量。化学镀镍时温度一般控制在90 2 较合适。根据镀层 厚度要求及沉淀速度来确定镀镍时间。在化镀过程中需定时循环或搅拌,使槽内温度均匀,减少“气袋现象”,有助于减少镀层空隙度,得到厚度均匀、光亮、细致的镀层。零件施镀过程每隔10 min分析镍离子浓度,并补充添加剂,同时测pH 值并用氨水调节pH值至要求范围。2.6 镀件后处理在化学镀镍施镀结束后,必须清洗并干燥,目的是除尽工件表面残留的化学镀液、保 证镀层具有良好的外 观。除此之外,为了不同目的和技 术要求,还可能进行许多后续处理,如:热处 理, 钝化处理。本实验 所用的化学镀镍的后处理工艺为热处理。对化学镀镍层热处理的主要目的有:消除氢脆、提高镀层的结合强度、提高镀层的硬度。消除氢脆热处理一般是在较高温度下(200左右)的热处理。提高镀层硬度的热处理应综合考虑热处理温度、时间以及镀层合金成分的影响,高镀层,在热处理过程中应尽量避免快速升温和快速冷却;当热处理温度超过250时热处理应在惰性或者还原性气氛中进行,以避免镀层外观变色和表面氧化。2.7 镀层性能测试方法2.7.1 镀层显微硬度测试镀层显微硬度:显微硬度是一种压入硬度,反映被测物体对抗另一硬物体压入的能力。本实验用HX-1000型显微硬度计, 载荷50g ,每个试样测5次, 时间为10s。2.7.2 镀层的热处理测试镀层用普通箱式热处理炉分别经(200、250、 300、350、400、450、500、550和600) 加热保温,分别对镀件热处理(2、3.5、 5、1.5、3、4.5、1和2.5)h,随炉冷却,然后分别测试显微硬度。本科毕业设计(论文)3 试验结果及分析3.1 化学工艺因素的影响3.1.1 温度的影响镀液温度对于镀层的沉积速度,镀液的稳定性及镀层的质量均有重要影响。化学镀镍的催化反应一般只能在加热条件下实现,许多化学镀镍的单个反应步骤只有在 50以上才有明显的反应速度,特别是酸性次磷酸盐溶液,操作温度一般都在 8595之间。镀速随温度升高而增快,一般温度每升高 10,沉积速度就加快一倍。但须指出的是,镀液温度过高,又会使镀液不稳定,容易发生自分解,因此应该根据实际情况 选择合适的温度,并尽量保持这一温度。温度除了影响镀速之外,还会影响镀层的质量。温度升高, 镀速快,镀层中含磷量下降。镀层的应力和孔隙率增加,耐蚀性降低,因此化学镀镍过程中温度控制十分重要。本实验维持溶液的工作温度变化在(90 2) 。3.1.2 pH 值的影响pH 值对镀液,工艺及镀层 影响很大,它是工艺参数中必须严格控制的重要因素。在酸性化学镀镍过程中,pH 值对沉积速度及镀层含磷量具有重大的影响。随着 pH 值上升,镍的沉积 速度加快,同时镀层的含磷量下降。pH 值还会影响镀层中的应力分布,pH 值高的 镀液得到的镀层含磷量低,表现为拉应力,反之,pH值低的镀液得到的镀层含磷量高,表现为压应力。对每一个具体的化学镀镍溶液,都有一个理想的 pH 值范围,化学镀镍施镀过程中,随着镍- 磷的沉积, H+不断生成, 镀液的 pH 值不断下降,因此,生 产过程中必须及时调整溶液的 pH 值,使其波动范围控制在 0.2 范围之内。调整镀液的pH 值,一般使用稀释过的氨水或氢氧化钠,在 搅拌的情况下谨慎进行。3.1.3 其他因素的影响(1)施镀时间实验发现,如果有效化学镀时间太短,即使 镀液的温度较低,拿出晾干 时,镀层也会其皱,这是因为试样 表面的热膨胀系数相对镍-磷镀层小得多,镀层从高温镀液拿出到室温会产生拉应力所致;足够厚度的镀层,从镀液中直接拿出,吸取表面镀液然后自然晾干,或用自来水轻轻冲洗后的镀层仍然完整,结合力较好。本实验 施镀 2h,得到的镀层光亮,平整,结合力较好。(2)搅拌速度的影响对镀液进行适当的搅拌会提高镀液的稳定性及镀层的质量。首先可以防止本科毕业设计(论文)镀液局部过热,防止补充镀液时局部组分浓度过高,局部 pH 值剧烈变化,有利于提高镀液的稳定性。另外,搅拌加快了反应产物离开工件表面的速度,有利于提高沉积速度,保证镀层质量, 镀层表面不易出现气孔等缺陷。但过度搅拌是不可取的,因为过度搅拌容易造成工件局部漏镀,并使容器壁和底部沉积上镍, 严重时甚至造成镀液分解。此外,搅拌方式和强度还会影响镀层的含磷量。3.2 磷含量对镀层显微硬度的影响(1)在酸性化学镀镍溶液中,通过改变NaH 2PO2的浓 度,稳定剂的浓度, pH值及操作温度,获得不同磷含量的镀层。 磷含量随pH增加而降低,因此用氨水 调节镀液的pH值,使其4.65.2间变化,从而 获得含磷量为8.94%,12.16%,16.13%的镍磷合金镀层,表2为镀层在温度(300、 400、450、500)和时间(5、3、1)h热处理后显微硬度值。 表1 不同磷含量所测硬度值温度() 时间(h) 镀态 热处理态P%8.94% 所测硬度(HV)300 5 532 781400 3 566 946450 4.5 549 1006500 1 575 1006P%12.16% 所测硬度(HV)300 5 516 841400 3 549 908450 4.5 558 986500 1 566 986P%16.13% 所测硬度(HV)300 5 494 908400 3 540 908450 4.5 540 986500 1 549 857由表1可以看出:热处理温度达450时,镍磷合金的硬度最高,这可能是由于镍层中析出大量的金属间隙化合物Ni 3P,这些高分散度的金属间隙化合物的析出对镀层起弥散强化作用,因而硬度提高 19。磷含量为12.16%的镀层硬度反而较磷含量为8.94%的低,这是由于Ni 3P明显地集中,弥散度减少的缘故。由这三组磷含量所测的硬度值表明镍中含一定量的磷能提高镀层的硬度,但结 果以含磷量为8.94%的镀层硬度最高,表明并不是镀层中含磷量越高,镀层硬度就无限升高。(2)不同磷含量下的电镜扫描图和能谱图本科毕业设计(论文)图 2 电镜扫描图像( P%=8.94% )图 3 电镜分析镀层中的各元素含量表 5 各元素的百分含量元素 重量百分比 原子百分比P 8.94 15.69Ni 91.06 84.31总量 100.00本科毕业设计(论文)图 4 电镜扫描图( P %=12.16 %)图5 电镜分析镀层中的各元素含量表6 各元素的百分含量元素 百分比 原子百分比P 12.16 20.79Ni 87.84 79.21总量 100.00本科毕业设计(论文)图 6 电镜扫描图( P%=16.13% )图 7 电镜分析镀层中的各元素含量表 7 各元素的百分含量元素 重量百分比 原子百分比P 16.13 26.72Ni 83.87 73.28总量 100.00由以上各图表的x射线衍射结果表明:1) 镍磷合金结构取决于磷含量,并随着磷含量的增加, 发生由晶态向非晶态转变。当磷含量大于8.94%时,镀层结构即可认为是非晶态结构。2) 当热处理温度在200到300之间时,硬度随磷含量的增加而增大, 通过改变镍磷合金镀层中的磷含量可以提高镀层的硬度。3)当热处理温度在350 到600 之 间时,硬度随磷含量的增加而减小,而且低磷镀层硬度比高磷的下降快。3.3 热处理对镀层显微硬度的影响3.3.1 热处理温度对镀层显微硬度的影响镀层硬度是影响镀层性能的一个重要指标,制备镍磷合金镀层的试样, 分别在(200、 250、300、350、400、450、500、550和600 )温度下 热处理, 然后分别测试显微硬度、测试结果如表2、表 3、表4所示。本科毕业设计(论文)表2 含磷量为8.94%时所测硬度 (HV)P%8.94% 所测硬度(HV)温度 时间 镀态 热处理态200 2 549 603250 3.5 516 689300 5 532 781350 1.5 566 874400 3 566 946450 4.5 549 1006500 1 575 1006550 2.5 540 810600 4 540 752表3 含磷量为12.16%时所测硬度 (HV)P%12.16% 所测硬度(HV)序号 温度 时间 镀态 热处理态1 200 2 532 6132 250 3.5 516 6553 300 5 516 8414 350 1.5 549 8575 400 3 549 9086 450 4.5 558 9867 500 1 566 9868 550 2.5 540 8419 600 4 540 825本科毕业设计(论文)表4 含磷量为16.13%时所测硬度 (HV)P%=16.13%所测硬度(HV)序号 温度 时间 镀态 热处理态1 200 2 516 5752 250 3.5 524 6133 300 5 494 9084 350 1.5 540 8105 400 3 540 9086 450 4.5 540 9867 500 1 549 8578 550 2.5 540 8919 600 4 516 810由以上三个表中的硬度值可以得出:1) 当热处理温度低于250时,镀层的硬度与镀态相近。这是因为 在250以下热处理,可以消除镀层中的原子氢,降低压应力和松弛力,但是镀层 的微观结构没有发生明显变化,因此硬度与镀态相当20。2) 当温度超过300时, 镀层的硬度随热处理温度的升高而明显升高。这是因为热处理温度的升高,有 Ni-P等晶相出现,发生晶相转化后,引起晶格畸变,增加了镀层的塑性变形抗力,从而提高了镀层的硬度。热处理温度越高, 镀层的晶化越明显,因此镀层的硬度越高。3)当温度超过500 时,由于的Ni 3P晶粒长大,减少了在镀层中的弥散度,故硬度反而降低。3.3.2 热处理时间对镀层显微硬度的影响由表3、4、 5分析可知:随着热处理时间的延长,镀层 的硬度呈现逐渐增长的趋势。当 热处理时间小于1h 时,由于 热处理温度较低, 镍磷合金镀层的晶化不明显,硬度 变化也不大;当时间 超过1h时, 镀层的硬度随 热处理时间延长而明显增大,这说 明热处理时间越长 ,镀层的晶化越明显 23。当热处理时间超过5h,硬度的增加又趋于平缓,说明此 时镀层已经由非晶态完全转化为晶态结构。均匀设计法对P%=16.13%镀层进行试验优化,信息数据如下:本科毕业设计(论文)试验基本信息 指标数: ,因素个数:2,运行次数:9试验设计选用均匀设计表 9(9 4)各因素水平数相等指标 名称:硬度 单位:HV因素名称:温度 单位:因素名称: 时间 单位: h多元回归分析回归分析采用后退法, 显著性水平为0.10拟建立回归方程:y= b(0)+b(1)*x(1)+b(2)*x(2)+b(3)*x(1)*x(1) + b(4)*x(1)*x(2) + b(5)*x(2)*x(2)回归系数 b(i):b(0)-165b(1)4.94b(2)-69.9b(3)-5.58e-3b(4)4.64e-2b(5)13.7复相关系数 0.9571决定系数 20.9160修正的决定系数 2a0.8319回归方程显著性检验: 变量分析表-变异来源 | 平 方 和 | 自 由 度 | 均 方 | 均 方 比-回 归 | 1.40e+5 | 5 | / 2.79e+4 | 6.539剩 余 | 1.28e+4 | 3 | /( )4.27e+3 总 和 | 1.52e+5 | 8 |-样本容量,显著性水平为0.10,检验值t6.539 ,临界值(0.10,5,3)5.309,t (0.10,5,3),回归方程显著。剩余标准差s 65.4本科毕业设计(论文)回归系数检验值:检验值(df 3):(1)3.848(2)-0.4659(3)-3.247(4)0.2461(5)0.7964检验值(df 11,df 23) :(1)14.81(2)0.2171(3)10.54(4)6.058e-2(5)0.6343偏回归平方和 U(i):U(1)6.33e+4U(2)927U(3)4.50e+4U(4)259U(5)2.71e+3各方程项对回归的贡献(按偏回归平方和降序排列):U(1)6.33e+4 U(1)/U45.3%U(3)4.50e+4 U(3)/U32.2%U(5)2.71e+3 U(5)/U1.94%U(2)927 U(2)/U 0.664%U(4)259 U(4)/U 0.185%第方程项 x(1)*x(2)对回归的贡献最小, 对其进行显著性检验:检验值(4) 6.058e-2,临界值(0.10, 1,3)5.538(4)(0.10,1,3),此方程 项不显著,需要剔除。第次剔除不显著方程项, 新建回归方程继续计算:回归方程:= b(0) + b(1)*x(1) + b(2)*x(2) + b(3)*x(1)*x(1) + b(4)*x(2)*x(2)回归系数 b(i):b(0)-210b(1)4.95本科毕业设计(论文)b(2)-41.7b(3)-5.42e-3b(4)12.1复相关系数 0.9562决定系数 2 0.9143修正的决定系数 2a0.8628回归方程显著性检验: 变量分析表-变异来源 |平 方 和 | 自 由 度 | 均 方 | 均 方 比-回 归 | 1.39e+5 | 4 | / 3.49e+4 | 10.66剩 余 | 1.31e+4 | 4 | /( )3.27e+3 总 和 | 1.52e+5 | 8 | -样本容量,显著性水平为0.10,检验值 t10.66 ,临界值(0.10,4,4)4.107,t(0.10,4,4) ,回 归方程显著。剩余标准差 s57.2回归系数检验值:检验值(df 4):(1)4.412(2)-0.4921(3)-3.897(4)0.8687检验值(df1 1, df24):(1)19.46(2)0.2422(3)15.19(4)0.7547偏回归平方和 U(i):U(1)6.36e+4U(2)792U(3)4.96e+4U(4)2.47e+3各方程项对回归的贡献(按偏回归平方和降序排列):U(1)6.36e+4 U(1)/U45.6%

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论