电沉积法制备铜基合金工艺研究

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随着技术的进步以及对材料使用要求的不断提高,纯铜表面硬度低、耐腐蚀性差等缺点日益凸显,这些问题导致纯铜在许多场合的应用受到了限制。因此研究如何在保证纯铜诸多优良性能的前提下,改善其表面强度以及耐蚀性能的问题至关重要。  论文以纯铜为研究对象,首先综述了纯铜表面改性工艺的研究进展,在此基础上采用电沉积联合热处理的方法对纯铜材料进行表面合金化改性,制备一系列铜基合金材料。利用扫描电镜、X射线衍射技术分析了沉积工艺对镀层形貌、晶体结构等性能的影响,采用维氏显微硬度计、金相显微镜、电化学工作站分别测试了改性后材料的显微硬度、金相组织、耐蚀性能。得到的主要结论如下:  纯铜表面电沉积锰的最佳工艺为:CMnSO4∶C(NH4)2SO4=0.6∶1,电流密度16A/dm2,电解液pH=7,沉积时间30min。该条件下沉积电流效率达到最大值63.03%,镀层结晶性能优良,晶体颗粒均匀分布紧密堆砌。随着电解液浓度以及电流密度的增加,沉积效率逐渐提高。电解液pH对电流效率的影响不明显。沉积温度不仅影响电流效率而且还能改变Mn沉积层晶面择优取向趋势,温度越高越有利于(220)晶面择优取向。550-850℃条件下热处理后均得到了固溶体Cu-Mn合金,显微硬度在152.59-227.51HV0.05之间,与纯铜相比提高了90.74%-184.39%。750℃,850℃热处理条件下制备的合金显示清晰的固溶体组织,晶体颗粒大小均匀,约为43μm,且阻尼减震性能得以优化,但是其耐蚀性能略有下降。  纯铜表面电沉积镍的最佳工艺为:NiSO4250g/L,电流密度2A/dm2,电解液pH=2,沉积温度55℃。随着电解液浓度以及电流密度的增加,沉积效率逐渐降低,镀层孔隙率逐渐增加。电解液pH超过3时电流效率下降较快,该条件下得到的镀层孔隙率增加,镀层质量变差。沉积温度对电流效率的影响并不明显,但是能够影响晶面择优取向,温度越高越有利于(220)晶面择优取向。采用电镀后热处理的方法成功得到了Ni-Cu合金。不同沉积工艺条件下热处理后制得的合金均显示面心立方固溶体结构。显微硬度在127.50-185.36HV0.05之间,与纯铜相比硬度提高了59.37%-131.70%。耐蚀性能与纯铜相比提高了约1-2个数量级。  纯铜表面电沉积铝的最佳工艺为:电流密度3A/dm2,沉积温度140℃。该条件下得到的镀层表面光滑平整,结晶性能良好。电流密度超过4 A/dm2时,镀层质量开始恶化,边缘区域出现“枝晶”现象。沉积温度越高显微组织越模糊。纯铜表面电镀铝后热处理成功制得了Al-Cu合金。不同沉积工艺条件下热处理后制得的合金均显示面心立方固溶体结构。显微硬度在118.26-130.54HV0.05之间,与纯铜相比硬度提高了47.82%-63.18%。耐蚀性能与纯铜相比提高了1个数量级。
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