强化粒子表面涂覆Ni、Cu及其作用的研究

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陶瓷颗粒(TiC、SiC、Ti(C,N)、TiB2)具有密度低、强度高、弹性模量高、耐磨及耐腐蚀等优点,是较为理想的增强材料。同时铁具有很高的强度、良好的韧性且价格便宜、应用面广等优势。两者的结合会产生一种新型低成本和高性能的优良耐磨材料。由于陶瓷颗粒在复合材料中会发生团聚,陶瓷颗粒之间的接触使陶瓷颗粒在铁基体中不能起到传递载荷的作用而影响复合材料的性能,限制了复合材料进一步发展和推广应用,本文采用化学镀工艺分别对不同类型陶瓷颗粒表面进行涂覆Ni、Cu,旨在探索减少复合材料的显微缺陷、提高性能的新途径。对不同类型的陶瓷颗粒经预处理后,研究得出,镀液pH为4.6~5.0,温度为91~93℃时,亚磷酸钠与氯化镍的摩尔比为3比1,时间1小时后,可以充分实现表面镀镍。通过不同类型陶瓷粉末镀镍后SEM观察分析得出,TiB2和SiC颗粒表面涂覆致密效果较好、Ti(C,N)次之。研究发现,粒子颗粒尺寸的大小对施镀金属影响显著,本研究提出了根据粒子尺寸设计不同镀层厚度的策略,研究得出了粒子尺寸不同需使用不同的单位体积镀液施镀陶瓷颗粒重量的结论,得出了对不同尺寸粒子施镀不同的最佳工艺。研究得出,粒子表面镀Cu的还原剂由原来的甲醛置换为次磷酸钠,络合剂由原来的酒石酸纳换为柠檬酸钠,平衡镀铜实现率由原来的92%提高到99%,而且施镀液稳定便于控制。研究得出,镀液pH为11,温度为65℃时,次磷酸钠与五水硫酸铜摩尔比为4比1,时间1小时后,可以有效的实现粒子表面镀铜。通过不同类型陶瓷粉末镀铜后SEM观察分析得出,SiC、Ti(C,N)颗粒表面涂覆致密效果较好。不同陶瓷颗粒涂覆金属后,铁基复合材料的抗拉强度与未镀前均有了一定程度的提高,陶瓷颗粒表面涂覆金属后可以有效防止陶瓷颗粒之间直接接触的裂纹,产生陶瓷间金属键与金属键的连接。而不同类型陶瓷颗粒镀铜后,体积分数为10%、粒度大小13μm的SiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料的拉伸强度最大,为905.6MPa。研究发现不同类型陶瓷颗粒镀铜后铁基复合材料的拉伸强度比镀镍后铁基复合材料的拉伸强度偏高,但差别不是很大。不同陶瓷颗粒镀镍后铁基复合材料比镀铜后铁基复合材料的延伸率偏高。体积分数为10%,粒度3μm的Ti(C,N)陶瓷颗粒镀镍后铁基复合材料的延伸率最高,为1.7%。强化粒子表面涂覆Ni或Cu后,对小尺寸粒子强化复合材料的强度提高更明显。尽管镀铜后SiC强化铁基复合材料的拉伸强度最高,但与不镀铜处理相比,Ti(C,N)强化粒子镀铜铁基复合材料的拉伸强度提高最大,提高了15.9%,TiC次之。
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