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题名	Cr颗粒尺寸及含量对Ni-Cr复合镀层氧化行为的影响
作者	李里
学位类别	博士
答辩日期	2009-05-31
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	金属研究所
导师	王福会
关键词	Ni-Cr复合镀层 复合电镀 高温氧化 尺寸效应
其他题名	The effect of Cr particles size and content on the oxidation behavior of co-electrodeposited Ni-Cr composite coatings
学位专业	腐蚀科学与防护★
中文摘要	本文采用复合电沉积技术成功制备了Ni-Cr复合镀层，Cr 颗粒平均尺寸分别为14 m、2.4m、96nm 和62 nm。采用X射线衍射(XRD)、带能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDAX)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、原子力显微镜(AFM)等分析技术，研究了Cr 颗粒尺寸和含量对Ni-Cr复合镀层抗氧化性能以及初期氧化行为的影响。另外，还研究了扩散热处理合金化和添加稀土氧化物CeO2对Ni-Cr微米复合镀层氧化行为的影响。 Ni-Cr复合镀层900oC空气中氧化实验表明： Cr含量对Ni-Cr复合镀层的氧化行为有着重要的影响。当Cr含量高于形成保护性Cr2O3膜所需的临界Cr含量时，Ni-Cr复合镀层的氧化行为随Cr含量的提高增强；当Cr含量低于形成保护性Cr2O3膜所需的临界Cr含量时，氧化膜主要为NiO同时含有Cr2O3颗粒，Cr主要起掺杂效应。 Cr颗粒尺寸对Ni-Cr复合镀层的氧化行为有着更为重要的影响。Ni-Cr纳米复合镀层在Cr含量远低于Ni-Cr微米复合镀层时形成连续的Cr2O3氧化膜，具有优异的抗氧化性能。其主要原因为：（1）氧化初期，Ni-Cr纳米复合镀层表面大量的Cr2O3形核点，有利于连续性Cr2O3膜的形成；（2）Ni-Cr纳米复合镀层为纳米晶结构，镀层中的Cr通过晶界快速扩散到氧化前沿，为Cr2O3氧化膜的后续生长提供丰富的Cr。 实验结果表明：镀层中Cr粉颗粒越细，形成保护性Cr2O3氧化膜所需Cr 含量越低，且该镀层具有更优异的抗氧化性能。 为进一步探讨Ni-Cr复合镀层的氧化机理，对其900oC初期氧化行为进行探讨。作为对比，同时对Ni-20Cr合金初期氧化行为进行研究。由实验结果可以看出：在Ni-Cr纳米复合镀层表面，主要生成富Cr的氧化物，在Ni-20Cr合金表面生成富Ni的氧化物。氧化后，前三十分钟镀层表面粗糙度增加较快，而后降低，而合金表面粗糙度持续增加。其主要原因为: Ni-Cr纳米复合镀层氧化后在较短时间内形成连续的保护性Cr2O3氧化膜，NiO的生长受到抑制，Cr2O3氧化膜继续生长致使表面粗糙度降低；而Ni-20Cr合金形成连续Cr2O3氧化膜的时间比纳米镀层长，表面粗糙度持续增加。 与纳米复合镀层相比，微米复合镀层形成保护性Cr2O3氧化膜所需Cr含量较高，其主要原因为微米镀层中Cr粉颗粒分布均匀性较差。通过700℃5小时真空扩散处理，增加Cr分布的均匀性。同时考虑到稀土元素效应，在镀层中加入CeO2，并对Ni-Cr- CeO2微米复合镀层退火前后的氧化行为进行研究。实验结果表明：扩散处理后Ni-Cr复合镀层的结构和相组成发生改变：（1）部分共沉积的微米Cr颗粒与Ni发生互扩散形成Ni-Cr固溶体；（2）经过处理后，Ni基体的晶粒尺寸粗化，但仍然很细小（~500nm）。以上的结构改变使 Ni- Cr微米复合镀层抗氧化性能增强。在氧化初期，未扩散的Cr颗粒为Cr2O3提供了形核质点；同时，扩散后 Cr的固溶使得扩散后Ni-Cr固溶体也可以作为Cr2O3形核位置。因此，扩散后，在镀层表面的Cr2O3形核密度增加，Cr2O3晶核间距将大大缩短，促进保护性的Cr2O3 膜的形成。添加CeO2对降低微米复合镀层的氧化速率并没有显著影响。但微量CeO2的加入有效降低了退火后微米复合镀层的氧化速率。主要是由于CeO2颗粒被Cr2O3膜吞并，Ce4+半径大，在氧化物内溶解度低，容易在晶界或界面偏聚。这样，在晶界偏聚的Ce4+阻止了Cr3+通过晶界的扩散，改变了氧化机制，并降低氧化速度。
语种	中文
公开日期	2012-04-10
页码	114
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17021]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	李里. Cr颗粒尺寸及含量对Ni-Cr复合镀层氧化行为的影响[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009.

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