Ni-P非晶镀层具有高硬度、高电导热导率、抗污性、电磁屏蔽性以及优异的耐蚀性等优点,因而广泛地应用于电子、化工、能源、海洋、航空航天等领域。在Ni-P镀层中引入Cu元素可以进一步提高其使用性能,尤其是耐蚀性能。目前Ni-P非晶镀层在不同腐蚀环境中的耐腐蚀机理尚未完全解明,Cu的添加对其耐蚀行为的影响还有待进一步深入研究。此外,Ni-P系非晶镀层具有热力学不稳定性,在温度较高的环境中会发生晶化,然而镀层在热处理过程中的微观结构演变及其耐蚀性的变化还未完全阐明。本文以Ni-Cu-P非晶镀层在晶化过程中的微观结构演变及其性能变化为研究对象,研究了 Ni-Cu-P非晶镀层在晶化过程中亚稳态的相变及其耐腐蚀机理。本文用化学镀的方法制备了四种高P含量的非晶镀层,控制四种镀层中的P含量相似,便于分析Cu的添加对镀层组织结构与性能的影响。XRD及TEM的结果表明,镀态Ni-Cu-P镀层中微观有序团簇的尺寸大于Ni-P镀层,随着Cu含量的增加,Ni-Cu-P镀层中有序团簇的尺寸先减小后增大,这是由于Cu的加入影响了 P在Ni-P过饱和固溶体中的固溶度。在Ni-Cu-P镀层的晶化过程中,首先析出纳米晶Ni,接着析出Ni12P5和Ni5P2等亚稳相。亚稳相的析出顺序与其生成焓有关,生成焓较小的亚稳相优先析出。最终,亚稳相转变成稳定的Ni(Cu)及(Ni,Cu)3P相,且吉布斯自由能与稳定相Ni3P差值较大的亚稳相优先发生相变。与Ni-P镀层相比,Ni-Cu-P镀层在晶化过程中析出的纳米晶数量和尺寸较小,镀层完全晶化所需要的温度更高、保温时间更长,这是由于Cu原子阻碍了镀层中P原子的扩散和聚集,从而对镀层的晶化起到抑制作用。用DSC研究了在不同参数下热处理后的Ni-Cu-P镀层的热稳定性。结果表明,在Ni-P非晶镀层中加入少量的Cu(1～4 at.%)可以显著提高镀层的热稳定性。其中,镀态Ni-Cu-P镀层的晶化温度比Ni-P镀层高20℃,相变激活能比Ni-P镀层高150 KJ/mol。当热处理温度低于30℃时,随着温度的升高,Ni-Cu-P镀层的DSC曲线的峰值温度升高,这是由于随着NixPy的析出,镀层非晶基体中的Cu含量相对升高,Cu原子对镀层晶化的抑制作用加强。用纳米压痕的方法研究了镀层的薄膜硬度。结果表明,Cu含量仅为1～4 at.%的Ni-Cu-P镀层的硬度比Ni-P镀层高30～120Mpa。在热处理过程中,Ni-Cu-P镀层的硬度随着热处理温度的升高逐渐增加,当热处理温度低于300℃时镀层硬度的升高是有序团簇尺寸加大及少量亚稳相析出的结果,当热处理温度达到400℃时,镀层硬度的显著增加是大量金属间化合物析出硬化的结果。镀层在200℃与300℃低温驰豫的过程中,镀层中纳米晶的种类、尺寸及数密度发生变化,导致镀层纳米硬度在一定范围内发生微小波动。用电化学的方法研究了 Ni-Cu-P镀层在腐蚀介质中的耐腐蚀行为及钝化行为。结果表明,在三种Ni-Cu-P镀层中,随着镀层中Cu含量的增加,镀层的耐腐蚀性能先增强后减弱。Ni-Cu-P镀层的微观有序团簇尺寸大于Ni-P镀层,但是 Ni-Cu-P 镀层在 3.5 wt.%NaC1、5wt.%H2SO4 及 10wt.%NaOH 溶液中的耐腐蚀性能均优于Ni-P镀层。这主要有两方面的原因,一方面,Cu的加入提高了 Ni-Cu-P镀层的自腐蚀电位,提高了镀层的热力学稳定性;另一方面,Cu的加入促进了镀层在腐蚀介质中的钝化行为。在晶化过程中,Ni-Cu-P镀层在3.5 wt.%NaCl与5 wt.%H2SO4溶液中的钝化行为随着热处理温度的升高逐渐减弱,直至消失。Ni-Cu-P镀层在这两种腐蚀介质中的耐腐蚀性能均呈现先增强后减弱的趋势,当镀层在300℃热处理1 h后镀层的耐腐蚀性能达到最佳。用EIS、Mott-Schottky曲线、XPS的方法研究了 Ni-Cu-P镀层在酸、碱、盐三种腐蚀介质中形成的腐蚀产物膜(钝化膜)的耐腐蚀性能、半导体性质及化学组成。结果表明,在3.5 wt.%NaCl溶液中,Ni-Cu-P表面形成具有p与n双极性半导体特性的钝化膜,其耐腐蚀性能优于仅呈现p型半导体特性的Ni-P钝化膜。在5 wt.%H2SO4溶液中,Ni-Cu-P的钝化区间比Ni-P的更宽。在10 wt.%NaOH溶液中,当钝化时间为1 h时,随着钝化电位的升高,Ni-Cu-P钝化膜半导体类型由p-n双极性半导体转变为p型半导体,钝化膜的耐腐蚀性能受到钝化膜半导体特性及钝化膜中Cu的氧化物及氢氧化物的含量的综合影响先增强后减弱。