工业纯铁离子渗镍及其应用研究
图2熔覆层的X射线衍射谱图(Cu靶)
Fig.2X—raydiffractionspectrumofcladcoatings
(a)0%Re(b)0.4%La203
星
睁
衽
吲
至涂层表面距离/mm
图3La,对激光熔覆层显微硬度的影响
Fig.3EffectofLa203onmicro-hardnessof
thecladcoatings
性反而更差.而当加入0.4%O1后,熔覆层的耐磨性有明
显的提高.由此可见,I03对熔覆层耐磨性的影响与其加
入量有很大的关系,过高或过低的加入量均不能有效提高激
光熔覆层的耐磨性,在本试验条件下,加入0.4%L8203对提
高激光熔覆层的耐磨性具有较好的效果.激光熔覆层的耐磨
性的提高主要足由于加入稀土氧化物后熔覆层组织改善,晶
粒细化以及熔覆层巾各种缺陷减少的结果.
go
水
蓄0
幅
一
0%La2
一
04%La203
—10%ka203
时间/h
图4I,(对激光熔覆层耐磨性的影响
Fig.4EffectofLa2()3onwearresistanceofthe
cladcoatings
4结论
(1)适量的La,可以细化和改善激光熔覆层的显微组
织,熔覆层中的气孔,夹杂,裂纹明显减少,涂层与基体结合较
好,硬质相的颗粒形状得到了改善,并且在熔覆层中分布均
匀
(2)加入适量的I2(使熔覆层的显微硬度得到了提
高,同时使熔覆层的硬度值较为均匀,使其耐磨性得到了显着
提高.
参考文献:
:ljWangKI,ZhangQB,SunML,etalMicroswuctureandcorro—
si.nresistanceoflasercladcoatingswithrareearthelements[J
CorrosionScience,2001,43:255267.
2:胡木林,谢长生.王爱华激光熔覆材料相容性的研究进展[J]
金属热处理,2001,26(1):18
3王昆林,张庆波,魏兴国La2(~对\i基合金激光熔覆层组织和耐
磨性的影响[J:清华大学学报(自然科学版),1999,39(8):5—8.
工业纯铁离子渗镍及其应用研究
王从曾,苏学宽,马捷,任志远,刘鹏
(北京工业大学材料科学与
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
学院,北京100022)
摘要:采用不同的工艺参数对工业纯铁进行了离子渗镍试验.结果表明,渗镍层由白亮层和
树枝状结构层组成,白亮层为Fe—Ni
合金奥氏体沉积层,扩散层为铁素体.渗层深度随加热温度的升高和保温时问的延长而增加.
白亮层中的Ni浓度随渗层的深
度变化不大,树枝状扩散层的Ni浓度呈较大梯度分布.加热温度的升高,保温时间的延长可
使工业纯铁铁芯的磁性增强,渗
Ni后样品的磁性均优于化学镀Ni样品.经离子渗的样品具有良好的防腐蚀性能
关键词:工业纯铁;离子渗镍;磁性
中图分类号:TG132.271;TG174.444文献标识码:A文章编号:0254.6051(2002)08-0019-04
ApplicationofIonNickelizinginArmcoIronbyDoubleGlowDischarge
WANGCong—zeng,SUXue—kuan,MAJie,RENZhi—yuan,LIUPeng
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,Chin
a)
Abstract:Differentprocessparameterswereemployedinthispapertoexperimentonionnickelizingbyd
ouble
glowdischarge.Theresultsshowthattheionnickelizinglayerobtainedbydoubleglowdischargingconsi
stof
whitebrightlayeranddendriticstructure.ThefommrisFe—Nialloyedaustenitedeposition.andthelatterisdiffu—
sionlayercomposedofalloyedausteniteandferrite.Thediffusionlayerdeepenedwiththeincreasingofh
eating
temperatureand80themagnetismofironcoreisstrengthened.Themagnetismoftheionnickelizingsam
pleis
betterthanthatofthechemicalplatingNioneandtheformerhasaverygoodcorrosionresistantproperties.
Keywords:ArlTlCOiron;ionnickelizing;magnetism
《金属热处理}2002年第27卷第8期19
1引言
高压线路故障寻址器是近年来研制成功的一种高新技术
产品.其功能是可以实现高压线路出现故障后的远程显示及
报警,避免了人工翻山越岭检查高压线路故障的麻烦.在寻
址器中导磁铁芯是一个核心零件,其性能的好坏直接影响寻
址器的灵敏度和可靠性.目前,按照磁性能及经济合理性的
要求,铁芯一般选用DT4一C电工纯铁制造.电工纯铁具有良
好的磁性及加工性能,但其表面在大气环境下极易腐蚀.为
了保证寻址器长期稳定,可靠运行,铁芯表面必须进行防腐处
理.铁芯的防护处理,不仅要求具有良好的抗腐性能,而且不
能影响铁芯的磁性,因而目前采用表面化学镀Ni.但在实际
装配和使用过程中,化学镀Ni层容易产生开裂或剥离现象.
因此,探索新的铁芯表面防护方法仍是一个非常重要的课题.
过去的工作表明【1-3],通过离子渗金属可以在基材表面
形成一层具有所需性能的合金层.该合金层与基材之间为冶
金结合,而且化学成分和性能均呈梯度分布,不会产生表层破
裂和剥落.因此,本文采用双辉离子渗金属技术_lJ,进行了铁
芯表面离子渗Ni工艺试验及有关理论问题的研究.结果表
明,离子渗Ni后铁芯表面形成良好的高镍合金层,不仅解决
了防护层开裂剥落问题,而且使铁芯的导磁性提高,无须再进
行传统的真空退火处理,因此,铁芯表面离子渗Ni是一种比
较理想的防护处理方法.
2试验条件与方法
试验用样品为寻址器铁芯零件,其材质为TD4一C电工纯
铁,离子渗金属前为冷冲压状态,未经任何热处理.
试验装置为自制的双辉离子渗金属炉.源极是由成分
(质量分数)为Fe54%,Ni46%的坡莫合金片组成的多重空心
阴极溅射源_4J,空腔深度为25ram,宽度为8,10ram,源极电
压800v,阴极电压200--450V,工作气压25,30Pa,加热温度
730,1000?,保温时间1,5h,工作气体为工业纯氩气.试
验时,工件置于阴极盘上,工件周围放置保温罩,试验温度的
高低通过调整保温罩的大小,高低和相对位置加以控制.测
温装置为DWL一31型光电温度计.
用金相显微镜观察分析渗层组织并测定渗层深度;用扫
描电子显微镜能谱仪测定样品表面及渗层中Ni的浓度;用专
用装置测定样品的感应电压,通过感应电压值的大小判断样
品导磁性的高低.
3试验结果及分析
3.1渗层组织及成分分析
3.1.1渗层组织特点离子渗Ni层组织大致由两部分组
成,即表面的白亮层及其以下的树枝状结构层,如图1所示.
白亮层的抗蚀性极强,4%的硝酸乙醇溶液不能将其细节腐蚀
出来,而树枝状组织形态却显得非常清楚.不同的工艺条件
对白亮层的形貌没有影响,其树枝状却随渗Ni温度的不同而
作者简介:王从曾(195l一),男,山西代县人,教授,硕士,一直从事材
料表面工程与等离子体技术方面的教学研究工作,曾获省级科技进步
二等奖2项,发明专利2项,发表论文50余篇.联系电话:010—
67391760,67392354
收稿日期:2001—11-15
异.其规律为:随着渗Ni温度的下降,树枝枝条变细且更加
密集;当渗Ni温度为700~C时,白亮层以下看不到明显的树
枝组织.此外,不论树枝粗细,其根部均与白亮层连为一体,
可见树枝是白亮层向基体延伸的一种方式.这种树枝状结构
的渗Ni层组织,迄今为止未见到有关报道.
图1渗Ni层组织×300
Hg.1Microstructureofionnickelizinglayer×300
3.1.2渗层成分分析图2为渗层中Ni的浓度分布曲线,
其中图2a为加热温度900?,保温5h,源极电压800V,阴极
电压450V,气压28Pa条件下的试验结果;图2b为加热温度
800?,保温3h,源极电压800V,阴极电压450V,气压30Pa条
件下的试验结果.由图可见,尽管工艺参数不同,渗层中Ni
的浓度分布特点是已知的,即在白亮层中Ni浓度较高,与源
极材料成分相接近,而且在白亮层内由表向里Ni的浓度梯度
很小,而在树枝状区浓度梯度很大.
图2渗层Ni浓度分布曲线
Hg.2DistributionofNicontentinthelayer
(a)900?×5h.28Pa(b)800?×3h,30Pa
3.1.3渗层形成机理探讨关于白亮层的形成,根据组织及
成分分析结果,可以认为,其过程主要由Fe,Ni原子在试样表
面沉积外延生长及向内扩散所控制.在本文的试验条件下,
由于多重空心阴极溅射源对试样表面的原子供给非常充裕,
表面沉积的Ni原子数量比扩散进入基体的多,多余的Fe,Ni
原子在表面的沉积便形成成分与源极材料相接近的FNi合
金相层.但是,其具体形成过程因温度不同而异,当温度高于
Ac点时,Fe,Ni原子在表面沉积后,一部分向基体扩散,其余
部分便沿着表面晶格向外生长,白亮层与基体间只有成分差
别而没有明显的层一基界面.在原子沉积形成渗层的同时,Ni
原子向基体扩散,基体中的Fe原子也向白亮层中扩散,从而
形成白亮层与基体中的Ni浓度的分布特点.当渗Ni温度低
于Ac点,且表面Ni含量高于其在a相中的平衡浓度时,白
亮层的形成是以Fe—Ni合金7相在a相表面形核,长大的方
20《金属热处理》20o2年第27卷第8期
??{;;?竹0?
一
高能球磨法机械镀锌的试验研究
齐宝森.徐英,李木森,孙希泰
(山东大学材料科学与工程学院,济南250061)
摘要:利用高能球磨原理实现了低碳钢的机械镀锌.用金相显微镜,扫描电镜,x射线衍射和显
微硬度等试验方法,测定了机械
镀锌层的组织,相结构与硬度.试验结果表明,利用高能球磨原理,能在常温,真空条件下实现无环境污染的机械镀锌层.
关键词:高能球磨;机械镀锌;镀锌层
中图分类号:TG174.44文献标识码:A文章编号:0254.6051(2002)08-0022.03
MechanicalZincPlatingbyHighEnergyBallMilling
QIBao-sen,XUYing,LIMu—sen,SUNXi—tai
(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,ShandongUniversity,Ji’nan250061,China)
Abstract:Themechanicalzincplatingoflowcarbonsteelbyhigh—energyballmillingwasstudied.Byo
pticalmi—
croscope,SEM,XRDandmicro-hardnesstesting,themicrostructure,phasestructureandmicro-hardne
ssofthe
platedcasewasmeasured.Theresultsshowthatmechanicalzincplatingcouldbeobtainedbyhigh—energyball
millingundernormaltemperatureandvacuumwithoutenvironmentalpollution.
Keywords:highenergyballmilling;mechanicalzincplating;zinccoating
1引言
机械镀工艺是20年前首先在美国发展起来并进人工业
应用,它是一种在常温,常压下利用化学吸附沉积和机械碰撞
使金属微粉在工件表面形成镀层的新工艺.典型的机械镀锌
工艺是把经过预处理的零件放人机械镀的滚筒中,加入水和
冲击介质(玻璃丸),转动滚筒形成一个具有碰撞和搓辗作用
的流态环境.根据预定的镀层厚度加入金属锌粉和药剂,在
化学和机械碰撞的共同作用下使零件的表面形成金属或合金
镀层.近年来许多工业发达国家,在高强度紧固件和一些小
五金制品上逐渐采用机械镀锌.我国的昆明理工大学等也开
展了卓有成效的研究【1,2l.
利用高能球磨工艺制备金属及其合金粉末也是20世纪
70年代发展起来的一项高新技术,特别是用于制备常规液相
作者简介:齐宝森(1946.4m),男,山东济南人,教授,主要从事机械工
程材料与表面工程的教学与科研工作,发表论文共30余篇,主编教材
6本.联系电话:0531—8393490
收稿日期~2001—11-05
或气相法难以合成的新型合金,近20年来在理论研究以及新
材料研制方面,均显示出越来越旺盛的活力_3J.然而对于
高能球磨磨球表面涂镀层的研究,目前国内外研究报道甚
少|5.6J.本试验的目的主要在于探讨利用高能球磨金属粉末
工艺在试样表面形成机械镀锌层,确定所获得机械镀锌层的
组织,相结构与性能(硬度)等.
2试验内容
试样材料为l0钢,形状分块状(1Onml×1Omm×lOmm)
和球状(.40ram)两种.试验用球磨设备为QM一1SP行星式
高能球磨机,磨球(作为冲击介质)选月】(;Crl5钢球
(怊.3mm),钢丸((60.2,lmm)或金刚砂(奶7,177/*m).选
用粒度为53,纯度>98%的金属锌粉作为镀覆剂,铝粉,氯
化锌粉,氯化铵粉(化学钝)等作为活化剂.
试验时,将试样,磨球与镀覆粉末装入不锈钢罐中紧固密
封,抽真空,在不同配比的固体粉末中进行高能球磨工艺(调
整球磨机转速,球磨时间以及球料比等)试验,以正交试验法
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
,优化试验工艺参数.在真空状态下,钢球,钢丸或金刚
分析其原因,可能是由于化学镀Ni样品在镀Ni过程中镀层
和基体都存在较大的残余应力,对铁芯的磁性产生不良影响
而造成的.离子渗Ni则不存在残余应力,因而其样品具有较
好的磁性.
4结论
(1)对寻址器的工业纯铁铁芯采取不同工艺进行离子渗
Ni后,可获得由白亮层和树枝结构层组成的渗层组织.其中
白亮层为Fe-Ni合金奥氏体和铁素体组成的扩散层.
(2)总渗层厚度随加热温度的升高和保温时间的延长而
增加.白亮层厚度随阴极电压的升高而减少,扩散层厚度随
阴极电压的升高而增大.
(3)渗层中白亮层Ni浓度随层深变化不大,而树枝状扩
散层中Ni浓度梯度变化较大.
(4)离子渗Ni后铁芯样品的感应电压均比化学镀Ni后
的高.工艺参数的影响规律为:提高加热温度,延长保温时间
均可使样品的感应电压值增高,但保温时间超过3h后影响效
果减弱.
参考文献:
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4thIntemationCo~ressonHeatTreatmentofMaterials[C]
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22《金属热处理》2【)(】2年第27卷第8期