论文部分内容阅读
用传统的电镀法制备纳米镀层是纳米表面工程研究领域的热点。以往对镀铬层的研究往往重视其耐蚀性、耐磨性，而对其组织的研究相对较少。但由于电结晶的原因，电镀层中往往存在许多结构缺陷。这些缺陷由于热力学上的不稳定将在温度升高时发生变化，而且由于超细的纳米结构在热力学上也属于高能量状态，在温度升高时也将发生晶粒长大，这些都将影响镀层的性能。因此有必要对电镀纳米结构铬层的组织及其热稳定性、镀层与基体间互扩散状况及硬度在退火过程中的变化进行研究。本文以Q235低碳钢为基体，采用工业普通电镀方法制备出厚度为10μm左右的纳米镀铬层，利用X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）和显微硬度测试，对该镀层在200℃～600℃范围内的热稳定性进行了分析。结果表明，500℃退火后，镀铬层晶粒由原来的10nm左右长大到100nm以上；随着退火温度的升高镀铬层与低碳钢基体间的互扩散层增厚。同时，镀层显微硬度也不断降低，当退火温度超过400℃时，显微硬度开始明显下降。电镀铬虽能显著提高材料表面的硬度、耐磨性及耐蚀性，但镀层在高温下性能下降。为解决此问题，本文进行复合处理，即在电镀铬的基础上，采用工业气体渗氮、工业离子渗氮和高温渗氮，使镀层表面形成CrN化合物层。由于CrN具有极高的耐蚀性，以及由于氮化物形成时镀层中为裂纹的弥合，使得复合处理后材料表面的耐蚀性显著提高。利用XRD、SEM及EDS对复合处理后样品的微观组织进行分析比较，通过盐雾试验进行耐蚀性检测。结果表明，普通工业气体渗氮与离子渗氮不适合电镀与渗氮复合处理。高温渗氮能够使镀铬层表面形成铬的氮化物，随渗氮温度的提高与渗氮时间的延长，渗层深度增加，且形成的铬的氮化物也增多，并由Cr2N逐渐转化为CrN。此外，渗氮过程中NH4Cl的加入量、N2的流量、炉内干燥程度以及装炉与出炉操作过程也对渗氮结果产生一定影响。高温渗氮900℃×6h（加少量NH4Cl）高温渗氮工艺优于其它几种渗氮工艺，在本实验条件下，为较理想的复合处理工艺，经复合处理后样品的耐腐蚀性明显优于原镀层。