3。4  稀土弥散相对纳米晶 Ni 的钉扎机理分析 33

结 论 35

致 谢 37

参 考 文 献 38

第一章 绪 论

1。1 纳米复合镀层

随着材料科学和表面改性技术不断发展，单一镀层已无法满足对微观组织结构和 性能日益增长的要求，发展复合镀层已成为必然。复合镀层引入了不同的增强相，将 产生不同的强化效果，较单一镀层具有更高的硬度、耐磨性、抗腐蚀性能和致密的微 观结构，使得复合镀层的性能得到大幅提升，从 20 世纪 90 年代开始，纳米颗粒被引 入到复合镀层，使复合电镀技术产生了新的提高，其性能将更加优异。近年来，纳米 复合电沉积技术已成为国内外竞相研究的热点，在材料表面改性和微纳米颗粒增强等 方面中占有重要的角色[1]。

复合电沉积和传统的直流电沉积之间有所差异，与传统电沉积相比，复合电沉积 的电解溶液中存在着很多不溶性第二相复合颗粒，可以通过搅拌使之在镀液中完全悬 浮，也可以用沉降的方法使之分布于阴极表面[2]。另外，进行复合电沉积时，除了发 生金属离子在阴极的还原，第二相颗粒还会经先吸附和再包裹到达阴极镀层，这样就 形成了复合镀层。复合镀层的组成可以本认为包括阴极还原而形成的金属基质和添加 的第二相复合颗粒。也有人将复合电沉积定义为在经电沉积方式得到的金属或合金镀 层中，向其中加入弥散的第二相不溶颗粒，如 Al2O3、ZrO2、Ti3SiC2 等粒子。

1。1。1 稀土纳米颗粒增强金属基复合镀层未来发展趋势

图 1。2 Ni-TiO2 复合镀层 SEM 图[20]

1。1。2 稀土纳米颗粒增强机理概述

传统金属材料具有优良的延展性和可加工性，但强度相对较低，在耐热耐磨与抗 腐蚀性能等方面相对较差，而陶瓷材料虽具有耐磨、耐蚀性好等优点，但却很脆，加 工性能极差。常规的热处理和表面处理技术无法满足使用要求时，就要采用复合增强 手段，通过添加适当的复合增强剂来弥补金属材料性能的不足。利用颗粒增强金属基 体复合材料本质是复合相的弥散强化[21]，是将所需增强的复合相以弥散的形态分布在 金属基体中，实现复合颗粒强化与金属基体的优势互补，可改善金属基体的组织结构 和性能。稀土被国内外科研工作者称为新材料的“宝库”，尤其是材料学专家最为关 注这类元素，它的经济价值和在材料改性等领域的用途日益受到人们的关注。如应用 在改善涂层的耐腐蚀性能和高温抗氧化等方面，效果非常明显[22]。当前关于稀土复合 相对纳米晶材料作用机制，许多学者已做了试验测试和理论分析，主要表现如下：

1）净化晶界作用 高温条件下，镍基镀层中杂质的存在及分布形态会直接影响镀层的微观结构及其

各项性能，杂质在晶界处的偏聚可影响晶界间结合的强弱。镀层中添加稀土元素后能 够改变杂质原子的分布状态，优先在高能晶界等缺陷处聚集，从而达到净化晶界的作 用。具体作用包括：稀土元素原子能形成高熔点的稀土氧化物（氧化物、硫化物、硫 氧化物等）作为异质形核的核心，这样便可以将易于在晶界偏吸附的杂质包裹转移到 晶内；固溶和键合作用，以减少 FeS 或镍的硫氧化物的数量，使晶界区域的处低熔点 共晶硫化产物大大减少。周永军等[23]应用 Recursion 方法计算了偏聚在晶界周围的稀 土元素的态密度，同时建立了镍基γ相大角度重位点阵晶界模型来解释稀土在晶界的 偏聚是以稀土溶质原子间的相互作用产生的，计算结果表明：当晶界缺陷区富集稀土