论文部分内容阅读
电沉积非晶态Fe-P镀层有很好的耐蚀性和较高的硬度，有着很好的应用前景。但是根据目前已有的报道，非晶态Fe-P镀层仍存在着一些不足之处，因此影响了其使用范围，如晶化温度较低，经过400℃热处理及离子氮化后才可使其硬度达到HV1000。本论文针对这些不足之处，对电沉积非晶态Fe-P合金的工艺进行了优化和改进，制备出了高耐蚀、高硬度及高晶化温度的Fe-P非晶镀层，并研究了电沉积Fe-P非晶合金镀层耐蚀机理及强化机理，主要内容包括以下几个方面：分析了Fe-H2O系电位-pH图与Fe-Cl-H2O系的电位-pCl图，结果表明：只有将电位控制在Fe-H2O系电位-pH图中①线的下方pH较小的区域，而且镀液中氯离子的浓度必须大于0.4mol／L时，Fe才能正常沉积。对比了以硫酸亚铁为铁盐和氯化亚铁为铁盐时各自的优、缺点，最终选择了电流效率高、沉积速度快且易形成非晶态结构的氯化物体系进行实验。通过查阅资料，确定了镀液配方和工艺条件的大致范围，在250ml赫尔槽和160ml矩形槽中对各因素进行考察。将各因素按对镀层耐蚀性的影响大小分为主要因素和次要因素，通过多次实验最后确定了电沉积Fe-P非晶合金镀层的最佳镀液组成及工艺条件，并考察了各因素对镀层耐蚀性的影响。用EPMA-1600电子探针测量了Fe-P非晶镀层中P的含量，发现在最佳工艺条件下，镀层中含P约21（wt）％。X射线衍射实验结果表明，此时镀层结构为非晶态。采用腐蚀失重法测量了镀层的耐蚀性，发现电沉积Fe-P非晶镀层在0.5mol／L H2SO4中的腐蚀失重约为0.08g·m-2·h-1。采用维氏硬度实验方法对镀层的硬度进行了测试，发现在镀态时Fe-P非晶镀层的硬度为HV550，经过380℃热处理后镀层的硬度即可达到HV1100。此外，对镀层在热处理时的氧化增重情况也进行了考察，发现在温度低于400℃时，镀层的抗氧化性能非常好，而温度升至400℃以上时镀层氧化增重率迅速升高，说明该镀层在氧化性环境中使用时，温度不宜超过400℃。用电化学工作站测量了镀层在0.5mol／LH2SO4中的阳极极化曲线，在曲线上可以看到有明显的钝化区域，说明Fe-P非晶镀层耐蚀的原因是在酸中发生了钝化。用成相膜理论和吸附理论分析了镀层钝化的机理，钝化的根本原因是Fe和P原子核外有空轨道，而O2-有剩余的孤电子对，因此可形成氧化物层或吸附层，从而减缓镀层的腐蚀速率。将热分析方法和X射线衍射方法结合起来研究了镀层的晶化过程，镀层的DSC图结果显示，在300℃左右镀层开始剧烈放热，说明此时镀层开始由亚稳的非晶态向晶态转变，而位于330℃和368℃左右的两个放热峰则反映了铁的磷化物从过饱和a-Fe（P）固溶体中脱溶及铁的磷化物之间的转变。从X射线衍射结果可推断出，镀层在热处理过程中发生了固溶强化与弥散强化，因此硬度会升高，而当热处理温度升至380℃以上时，由于脱溶物长大粗化，因此硬度值又下降。