【正文】 構(gòu)比較單一的奧氏體基體組織。 高溫合金按照基體元素分類 (1)鎳基高溫合金 鎳基高溫合金指的是以鎳為基體，鎳的含量達 45％以上，合金組成主要以NiCr 系添加多種元素（ W、 Mo、 Al、 Ti 以及 Nb、 B、 Zr、 Co）而得到的高溫合金。這種合金具有優(yōu)異的抗氧化性能，是目前高溫合金中抗氧化性能最好的合金。 (2)鈷基高溫合金 鈷基高溫合金，指以鈷為基體，除含鎳、鐵、鉻、鎢等元素外，鈷含量達50％以上的高溫合金。鈷基高溫合金較容易被鑄造和焊接，在導(dǎo)向葉片材料中應(yīng)用較多。 (3)鐵基高溫合金 鐵基高溫合金，通常又被稱為耐熱鋼。不平衡下狀態(tài)下的組織可分為奧氏體 (GH36)和珠光體 (GH34)兩種，同時又可分為同溶強化合金和時效硬化合金。在發(fā)動機中工作溫度較低的部位，例沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 如：燃燒室、渦輪 盤、機匣和軸等部件中，鐵基高溫合金被廣泛采用。 此外還有鎳鈷、鎳鐵基高溫合金，這類合金是介于鎳基和鈷基、鎳基和鐵基之間的分支。它抗高溫氧化性高于鐵基高溫合金，應(yīng)用極為廣泛 [1]。導(dǎo)向葉片工作溫度為1100℃以下，渦輪盤工作溫度為 760℃以下， 燃燒室和加力燃燒室的工作溫度約 800~1100℃，火焰筒常在 1100℃以上溫度工作 [2]。 在煤電領(lǐng)域，煤炭燃燒要發(fā)熱，必須用到高溫合金。 在氣電領(lǐng)域，氣電所需要的主要電力設(shè)備是燃氣機輪，燃氣發(fā)熱需要高溫合金。核能轉(zhuǎn)化成熱能溫度很高需要高溫合金 [3]?；瘜W(xué)鍍的過程實質(zhì)是氧化還原反應(yīng)，有電子轉(zhuǎn)移、無外加電源的過程?，F(xiàn)在已趨向于成熟，并且在工業(yè)上各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 NiP化學(xué)鍍的工藝條件 （ 1）溫度對 NiP 化學(xué)鍍工藝的影響 [9] 化學(xué)鍍 NiP 合金鍍液可分為酸性 (pH 為 4～ 7)和堿性 (pH 為 8～ 11)兩種。 酸性鍍液的特點是溶液比較穩(wěn)定易于控制，沉積速度快，鍍層中磷的質(zhì)量分數(shù)較高 (2%～ 11%)，在酸性溶液中所獲得的鍍層具有結(jié)合力強，硬度高，耐磨性和耐蝕性好等優(yōu)點。鍍層在結(jié)合力、硬度、耐蝕性和耐磨性相對酸性溶液均較差，所以這類鍍液不常使用。 因為在整個施鍍的過程中的大多數(shù)氧化和還原反需要熱能，所有各種鍍液，在所有 pH 值下都是如此。實際上所有酸性次亞酸鹽鍍液，操作都在 85～ 95℃之間進行。 （ 2）鍍層硬度高、耐磨性良好，厚度均勻。由于化學(xué)鍍鎳層含磷量的不同及鍍后熱處理工藝的不同，鍍鎳層的物理化學(xué)特性，如硬度、耐蝕性能、耐磨性能、電磁性能等具有更多的變化。 （ 5）施鍍對象多元化。 （ 6）化學(xué)鍍設(shè)備簡單，節(jié)約能源，對環(huán)境污染小。其反應(yīng)式為 [5]： NiCm2+ + R → Ni + mC + O (11) 式中 C 為絡(luò)合劑， m 為絡(luò)合劑配位體數(shù)目， R、 O 分別為還原態(tài)和氧化態(tài)。次磷酸鹽作還原劑化學(xué)鍍鎳的自由能變化如下： 還原劑的反應(yīng)： H2PO2 + H2O → HPO 32 + 3H+ + 2e (14) G? 289= 23070 卡 /克分子 氧化劑的反應(yīng)： Ni2++ 2e → Ni (15) G? 289 = 910612 卡 /克分子 總反應(yīng)： Ni2+ + H2PO2 + H2O → HPO 32 + Ni + 3H+ (16) 該反應(yīng)自由能的變化 G? 289=910612+(23070)=12458 卡 /克分子。上面的計算雖然是從標(biāo)準狀態(tài)下得到的，狀態(tài)改變 G? 值也會發(fā)生變化，但是對于判斷反應(yīng)能否進行仍然具有重要的指導(dǎo)意義。通過動力學(xué)的研究可以了解各種因素對反應(yīng)速度的影響，如溫度、濃度等。雖然化學(xué)鍍鎳配方、工藝各不相同，但是具有一些相同的地方 [6]： 1) 沉積 Ni 的同時伴隨著 H2的析出。 4) 產(chǎn)生的副產(chǎn)物 H+促使槽液 pH值降低。 化學(xué)鍍也稱自催化鍍，化學(xué)鍍的催化作用屬于多相催化，反應(yīng)在固相催化劑表面進行。 （ 3）化學(xué)鍍 NiP 合金機理 化學(xué)鍍 NiP 的原理整個過程還沒有被完全的闡明，反應(yīng)機理沒有完全的統(tǒng)一，目前主 要包括四種機理：原子氫理論，氫化物傳輸理論，電化學(xué)理論以及羥基 鎳離子配位理論。首先，在催化性及加熱的情況下 H2PO2與水反應(yīng)生成原子氫 Had，或者是 H2PO2催化脫氫產(chǎn)生原子氫 Had；然后在催化性的表面，原子氫 Had 還原鎳離子得到金屬鎳；如果兩個原子氫相遇，則結(jié)合生成氫氣逸出。 H2PO2+H2O→H 3PO32+2Had+H+ (17) H2PO2→PO 2+2Had (18) Ni2++2Had→Ni+2H + (19) 2Had→H 2 (110) H2PO2+H→H 2O+OH+P (111) 該理論還認為 H2PO2還可以發(fā)生自身的氧化還原反應(yīng)沉積出 P 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 3H2PO2→H 2PO3+H2O + 2OH +2P (112） 由于式 (111)、 (112)的反應(yīng)速率遠低于 (19)，故鎳磷合金中的磷含量在一定的范圍內(nèi)波動，低 pH條件下式 (111)、 (112)的反應(yīng)速率增加， (19)的反應(yīng)速率降低，鍍層中的含磷量增加?？梢员硎鋈缦拢? 在酸性介質(zhì)中， H2PO2在催化表面與水反應(yīng) H2PO2+H2O→H 2PO3+H++H (113) 堿性介質(zhì)中 H2PO2+2OH→HPO 32+H2O+H (114) Ni2+被 H還原 Ni2++2H→(Ni 2++2H+2e)→Ni+H 2 (115) H同時可以和 H2O或 H+反應(yīng) 酸性 H++H→H 2 (116) 堿性 H+2H2O →H 2+OH (117) 對 P 的共析解釋如下： 2H2PO2+6H+4H2O→ 5H 2+8OH+2P (118) 3）電化學(xué)機理 [12] 該機理認為鎳離子被次磷酸根還原的過程是由陽極反應(yīng)次磷酸根還原劑的氧化和陰極反應(yīng)鎳離子的還原兩個獨立的部分組成，并由它們的電極電位來判斷反應(yīng)的過程。 4）羥基 鎳離子配位理論 [1213] 與前面的三種機理不同，羥基 鎳離子配位理論認為次磷酸根真正起到了還原劑的作用，要點是 Ni2+水解后形成 NiOH+ ad。 [OH? Ni(aq)? OH]+H2PO2→ NiOH + ad+H2PO3+H (125) NiOHad+H2PO2→Ni+H 2PO3+H (126) H原子來源于 H2PO2的 PH鍵，兩個 H原子反應(yīng)析出 H2 H+H → H 2 (127) 同時在 Ni 的催化表面上直接反應(yīng)形成 P，并與 Ni 共沉積 Nicat+2H2PO2→2P+NiOH + ad+3OH (128) 同時存在副反應(yīng) (129)和 (130)。 NiOHad+H2O →Ni(OH) 2ad+H (129) H2PO2+H2O →H 2PO3+H2 (130) 復(fù)合鍍的發(fā)展及機理 復(fù)合鍍的發(fā)展及研究現(xiàn)狀 在化學(xué)鍍鍍液中加入不溶性納米固體粒子，施鍍過程中納米固體微粒和基質(zhì)金屬共沉積，通過這種方法制備得到性能優(yōu)異的復(fù)合鍍層技術(shù)就是納米化學(xué)復(fù)合鍍 [15]。隨著研究的深入，除陸續(xù)采用鐵、銀、鋅、金、鉛、錫、鈀、等單金屬作為基質(zhì)金屬外，還曾使用銅鋅、銅錫、鎳鐵、錫鉛等合金。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 復(fù)合鍍的機理 復(fù)合鍍層的生成過程包括在基體表面上金屬析出、成長和分散粒子的吸附過程。 關(guān)于復(fù)合鍍的生成機理，一般認為分三個步驟： 1. 非金屬粒子在攪拌等機械作用下，運動抵達基體附近的表面。 3. 固體微粒子由物理吸附、靜電引力的作用進入雙電層，而被不斷析出的金屬或合金所埋沒，嵌合在鍍層中形成復(fù)合鍍層 [18]。納米化學(xué)復(fù)合鍍層與其它接觸面相對滑動時，承受磨損負載的主要是彌散分布的硬質(zhì)納米微粒，復(fù)合鍍層耐磨性大大提高，此外納米復(fù)合鍍層表面狀況和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也提高其耐磨性。 （ 2） 自潤滑性。 （ 3） 抗高溫氧化性。 （ 4）耐腐蝕性。 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 （ 5）其它功能特性。 復(fù)合鍍的存在的問題 雖然納米材料在復(fù)合鍍層中的研究應(yīng)用具有很好的發(fā)展前景 ，但由于納米復(fù)合電沉積尚處于萌芽階段，許多技術(shù)還不成熟。 ：打破納米顆粒團聚的方法通常由機械攪拌、磁力攪拌、氣體攪拌和超聲波分散，目前最有效的辦法是加入表面活性劑，但其分散性問題仍未得到很好的解決。 ，包括沉積機理和影響因素，納米粒子和基質(zhì)金屬的界面關(guān)系，納米復(fù)合鍍層具有優(yōu)異性能的內(nèi)在機理等[19]。6H2O 分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司 乙酸鈉 CH3COONa 分析純 沈陽力誠試劑廠 次磷酸鈉 NaH2PO2H 2O 分析純 天津致遠化學(xué)試劑有限公司 酒精 C2H5OH 分析純 天津致遠化學(xué)試劑有限公司 氨水 NH3 分析純 沈陽力誠試劑廠 十二烷基硫酸鈉 C12H25SO4Na 分析純 國藥集團化學(xué)試劑有限公司 氯化鎳 NiCl2 實驗儀器 實驗中使用的儀器名稱、型號以及生產(chǎn)廠家如表 所示： 表 實驗儀器 儀器名稱 儀器型號 生產(chǎn)廠家 電子天平 FA2104N 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司 數(shù)顯直流恒速攪拌器 JJ6 金壇市金南儀器廠 電熱恒溫水浴鍋 DZKWD2 北京市永光明醫(yī)療儀器場 數(shù)顯酸度計 PHS25 杭州雷磁儀器分析廠 可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 PS305DM 香港龍威儀器儀表有限公司 采用 FM300 型顯微維氏硬度計，測量沉積層硬度值。在金相圖上繪出菱形對角線長度，與硬度計連接的電腦顯示該點硬度值。 壓得的菱形對角線長度 D與硬度的關(guān)系式為 。使用三電極體系，其中工作電極為樣品，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極，工作電極的面積為 1 1cm2，配置 %NaCl 溶液為腐蝕介質(zhì)，在常溫下進行操作。前處理過程主要包括：機械處理，除油，酸洗，水洗等。 除油的目的是除去零件表面的油污，主要方法有化學(xué)除油，電化學(xué)除油，超聲波除油等。 (2)前處理配方及工藝 前處理中除油與活化配方與工藝如表 [21]： 表 化學(xué)除油配方及工藝參數(shù) 組成及工藝 藥品用量及工藝參數(shù) NaOH 50g/L Na3PO4 10g/L Na2CO3 50g/L 溫度 8090℃ 時間 10min 表 活化液配方 組成及工藝 藥品用量及工藝參數(shù) HCl 40% HNO3 13% 溫度 常溫 時間 1min 閃鍍 閃鍍是許多難鍍基體在化學(xué)鍍鎳時采取的有效措施普通的鋼和低合金鋼的前處理不宜采用閃鍍鎳作底層。因此高溫合金進行化學(xué)鍍之前，必須要進行化學(xué)活化，這樣鍍層與基體之間可以得到滿意的附著力。 2. 用流動的蒸餾水沖洗試樣表面，將打磨后產(chǎn)生的物質(zhì)沖洗掉。 4. 用流動蒸餾水沖洗試樣。 7. 閃鍍：高溫合金基體鎳含量較高，必須進行閃鍍才能擁有更好的結(jié)合力。 9. 進行化學(xué)復(fù)合鍍。 12. 化學(xué)鍍鍍液的配制方法： A. 按照 1dm2/L的裝載比配制化學(xué)復(fù)合鍍鍍液。 C. 加少許蒸餾水將稱量的固體藥品溶解，比較粘稠的液體用蒸餾水稀釋成稀溶液，這一步總共的用水量不能超過鍍液總體積的 75%。 E. 先將溶解的主鹽在攪拌的條件下與 D 中的溶液混合，再將單獨配制的還原劑在攪拌條件下與主鹽的絡(luò)合溶液混合。 G. 用稀硫酸溶液和 1:1 氨水溶液調(diào)節(jié)鍍 液的 pH，添加蒸餾水稀釋至規(guī)定體積。 ，進行性能測試。 Al2O3顆粒的添加 表 添加 Al2O3顆粒配方 組成 藥品用量 Al2O3顆粒 1 g/L 十二烷基硫酸鈉 g/L 酒精 1ml/L 稱取 的 Al2O3 顆粒，放入干凈的燒杯中，加入少量水成糊狀，加入 十二烷基硫酸鈉，滴入 15 滴酒精，用玻璃棒攪拌使 Al2O3 顆粒充分潤濕，加入到已配好的化學(xué)鍍鎳液中，并用玻璃棒攪拌均勻，并用 1： 1 的氨水調(diào)節(jié) pH。銼刀試驗具體為將一塊有覆蓋層的工件夾在臺鉗上，用一種粗的研磨銼（只有一排鋸齒）進行銼削，以期銼起覆蓋層。的夾角進行銼削，覆蓋層應(yīng)不出現(xiàn)分離。在爐中加熱到 一定溫度并保持一段時間后取出試樣放入水中或是室溫中驟冷，覆蓋層沒有發(fā)生從基體金屬上分離現(xiàn)象，例如：鼓泡、片狀剝離或分層剝離。 對于化學(xué)鍍鎳鍍層進行熱震試驗，溫度為 200℃ （ GB/T