[發明專利]一種新型梯度結構鎳磷合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010378545.1
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111411377B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 林研;王海燕;張宇鵬
• 申請（專利權）人: 廣東省科學院中烏焊接研究所
• 主分類號: C25D3/56
• 分類號: C25D3/56;C25D5/18
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 覃蛟

本發明公開了一種新型梯度結構鎳磷合金及其制備方法，屬于金屬材料技術領域。該方法包括以下步驟：采用電化學沉積方式，以鎳為消耗性陽極，通過控制電流密度及電鍍液中添加劑的濃度隨時間的變化，在直流電流的作用下沉積形成梯度結構鎳磷合金。添加劑包括亞磷酸、次亞磷酸鈉和糖精鈉。該方法可以在鎳磷合金中制備出不同分布形式的柱狀粗晶?超細晶?納米晶?非晶過渡的晶粒尺寸梯度和磷含量逐漸上升的化學成分梯度以及從晶體轉變為非晶體的相梯度，有利于在更大范圍內調控整體材料的綜合性能，避免單一納米晶或非晶結構鎳磷合金塑/韌性較差的缺點。制備得到的新型梯度結構鎳磷合金可進一步拓寬其應用范圍，為面向未來的工程應用提供技術儲備。

技術領域

本發明涉及金屬材料技術領域，具體而言，涉及一種新型梯度結構鎳磷合金及其制備方法。

背景技術

梯度結構金屬材料表現出的一系列特性為新材料設計及發展新加工工藝創造了機遇。目前，梯度結構金屬材料可以通過塑性變形、熱處理及電沉積等方法獲得。其中，電沉積法可針對梯度結構的分布形式進行精確控制，并且試樣的尺寸理論上不受限制。專利文獻CN104862748A公布了一種晶粒尺寸梯度結構金屬鎳及其可控制備方法。此方法通過連續調控電流密度和添加劑糖精鈉濃度，實現了晶粒尺寸梯度結構金屬鎳的可控制備。但是，該方法針對的是純金屬鎳，其工業應用范圍相對較窄。此外，對于如化學成分梯度與相梯度等梯度結構類型的制備與控制，該方法也尚未涉及。

相較于純金屬鎳，鎳基合金具有更廣泛的工業應用背景。例如，均質納米結構或非晶結構鎳磷(Ni-P)合金因其具備優異的耐蝕性能，高硬度以及高耐磨性等，廣泛應用于機械化工設備的耐蝕構件及其他儀器精密結構件等方面。然而，在高速、重載等嚴苛工況下，均質納米結構或非晶結構Ni-P合金因其脆性極易發生開裂繼而造成整個結構件的迅速失效。這種塑/韌性的缺失嚴重限制了Ni-P合金的應用范圍，而構筑梯度結構是提升高強度金屬材料塑/韌性的一種有效途徑。因而，可以設想，如果在鎳磷合金中制備出由微米級粗晶逐漸過渡到納米晶甚至非晶的梯度結構，且梯度分布形式精確可控，即可在更大的尺度空間調控整體材料的性能，從而改善其較差的塑/韌性，進一步拓展Ni-P合金的應用范圍。然而，受限于制備工藝，目前尚未在Ni-P合金中實現晶粒尺寸、化學成分以及相的連續變化。雖然也有相關研究報道鎳磷梯度合金，但是其梯度結構的整個變化區間較窄，磷含量的變化范圍一般小于5wt.％，其微觀結構基本仍處于納米量級，或為完全非晶結構，導致整體材料的塑/韌性依然較差。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種新型梯度結構鎳磷(Ni-P)合金的制備方法，該方法可以在Ni-P合金中制備出不同分布形式的柱狀粗晶-超細晶-納米晶-非晶過渡的晶粒尺寸梯度和磷含量整體逐漸上升的成分梯度以及從晶體轉變為非晶體的相梯度，有利于在更大范圍內調控整體材料的綜合性能，避免單一納米晶或非晶結構Ni-P合金塑/韌性較差的缺點。

本發明的目的之二在于提供一種由上述制備方法制備得到的新型梯度結構鎳磷合金，該合金同時具有晶粒尺寸梯度、化學成分梯度及相梯度的三重復合梯度結構，具備有效改善整體結構塑/韌性的潛能，可進一步拓寬Ni-P合金的應用范圍，并為面向未來的工程應用提供技術儲備。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本申請提供一種新型梯度結構鎳磷合金的制備方法，包括以下步驟：采用電化學沉積方式，以鎳為消耗性陽極，通過控制電流密度隨時間的變化以及電鍍液中添加劑的濃度隨時間的變化，在直流電流的作用下沉積形成梯度結構鎳磷合金。

其中，電流密度隨時間的變化主要是：隨沉積時間的增加，電流密度由20-40mA/cm²逐步增加至60-100mA/cm²。

添加劑包括糖精或其鈉鹽、亞磷酸和次亞磷酸鈉。

在可選的實施方式中，添加劑包括糖精鈉、亞磷酸和次亞磷酸鈉。