电沉积非晶态Fe-W合金的制备、热稳定性及其表面改性研究

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电沉积钨基非晶合金镀层具有很多优异的性能,如装饰性外观、高热稳定性、高硬度、高耐磨性、良好的耐蚀性等等,是良好的代铬镀层材料。非晶态Fe-W合金镀层,由于其成分、结构均匀故具有更为优良的硬度、耐磨性、耐蚀能力。但是,目前对电沉积非晶态Fe-W合金镀层的结构表征、热稳定性及其应用性能扩展方面的研究还很少见,尤其采用纳米复合镀技术和渗硼等表面强化技术,对非晶态Fe-W合金镀层进行表面改性,拓宽非晶态Fe-W合金应用领域的研究还没有报导。 本文以柠檬酸铵为络合剂、硫酸铁为主盐,采用直流电沉积技术制备了非晶态Fe-W合会镀层,系统地研究了非晶态Fe-W合金的结构、性能和热稳定性,发现随着镀层中W含量的增加,晶粒尺寸逐渐减小,镀层的硬度、耐磨性和耐蚀性均有提高,但镀层会产生裂纹,并趋向扩大化。热处理过程中非晶态Fe-W合金镀层的硬度值、耐磨性能随热处理温度升高而提高,800℃达最高值。而且W含量高的镀层由于晶粒细小抑制了新相的析出与长大,使得硬度、耐磨性提高。 针对W含量高的非晶态Fe-W合金镀层,内部畸变大,并存在大量裂纹的情况,首次制备了Fe-W-ZrO2纳米颗粒复合镀层。结构分析表明Fe-W-ZrO2纳米复合镀层仍为非晶态,而且纳米ZrO2颗粒的加入使得镀层晶粒细化,镀层表面的缺陷和孔洞明显减少,镀层内裂纹基本消失。相比于非晶态Fe-W合金镀层硬度、耐磨性以及耐蚀性和抗氧化性均有提高。热处理研究表明非晶态Fe-W-ZrO2纳米复合镀层在400℃热处理后即开始晶化。由于复合镀层的晶粒尺寸更加细小,阳碍了热处理过程中新相的产生及其高温下的长大,镀层硬度、耐磨性得到优化。 本义首次尝试对电沉积非晶态Fe-W合金镀层进行表面渗硼处理,形成镀渗复合强化层,测试结果表明渗硼不仅可以在Fe-W合金表层形成硼化物层,而且经过渗硼后Fe-W合金镀层的硬度、耐磨性均有较大程度的提高。工艺分析显示渗硼温度是影响渗硼强化层结构与性能的主要因素。600℃低温渗硼后,非晶态Fe-W合金镀层表面生成物相结构为Fe2B和WB、厚度仅0.4 μ m的硼化物层,但硬度达到1500HV,这种硬表层软基体的结构使得铍层的耐磨性受到影响。提高渗硼温度后渗硼层厚度增加,镀层硬度、耐磨性逐渐升高,渗硼温度达到1000℃后硼化物层厚度达到4μm,Fe-W合金镀层主要物相转变为高硬度物相W与Fe7W6,支撑了硬度值高达2400的渗硼层,同时耐磨性能较好。
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