[發明專利]鐠化合物作為鎳沉積層晶粒細化劑中的應用

在審

• 申請號: 202110206041.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113046793A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 徐仰濤;王雅寧;裴亮
• 申請（專利權）人: 蘭州理工大學
• 主分類號: C25D3/12
• 分類號: C25D3/12
• 代理公司: 北京酷愛智慧知識產權代理有限公司 11514
• 代理人: 周俊

本發明公開了一種鐠化合物作為鎳沉積層晶粒細化劑中的應用；本發明通過將鐠化合物作為細化劑能夠更好的細化鎳沉積層的晶粒大小，鎳沉積層的晶粒大小平均尺寸最低可達0.44μm。

技術領域

本發明涉及鎳沉積層晶粒細化技術領域，具體涉及一種鐠化合物作為鎳沉積層晶粒細化劑中的應用。

背景技術

目前人們采用了許多辦法細化金屬的晶粒。細化晶粒的方法按照細化手段可以分為物理和化學兩大類。物理方法主要包括形變處理細化法、物理場細化、快速冷卻法、機械物理細化法化學方法可分為添加細化劑與添加變質劑。其中添加化學細化劑是通過加入細化劑或者叫孕育劑，增加外來結晶核心，使晶粒細化。添加變質劑是通過加入變質劑改善合金的共晶組織形態或者第二相的形態而細化。

一般而言，稀土產品的應用是由稀土元素及其化合物的性質決定的。稀土元素的最外兩電子層的結構基本相同，都是[ns]²[(n-l)s]²[(n-1)p]⁶[(n-l)d]^m(m＝l或0)，它們與別的元素化合時，通常是失去最外層的2個S電子，次外層的一個d電子(無d電子的失去一個f4電子)，所以正常價態為+3價。人們在研究稀土金屬在碳素鋼或合金鋼和有色合金中的作用機理時發現，稀土元素能使金屬和合金的晶粒急劇細化，稀土元素的原子半徑在1.74到2.04之間，比鐵原子半徑(1.24)大，它很容易填補生長中的鐵及其合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻礙晶粒繼續生長的膜，從而使晶粒細化。

稀土元素屬于良好的變質劑。所謂變質就是指加入的合金元素在凝固過程中靠自身形貌或性能的變化而影響晶體生長的現象。在合金中，第二相晶體有三種基本形態，即粒狀球狀、點狀和塊狀等，棒狀條狀、纖維狀等和片狀。不同的合金中第二相晶體的結構不同，它們的自然生長形態也不同,而又是晶體的自然生長形態恰恰是人們不希望得到的弱化合金性能的形狀，必須通過變質處理改變，獲得所需要的第二晶體形態。有變質細化能力的合金元素如稀土、Ca、Sr、Ti等，偏析能力良好，導致枝晶生長的液一固界面前沿產生成分過冷區，從而阻礙了枝晶的生長。用化學方法細化，由于其效果穩定、作用快、操作方便、適應性強，是目前使用最廣泛的細化方法。當下對稀土元素細化作用的研究主要集中于合金熔體的添加。傳統的合金熔體晶粒細化，按照細化手段可以分為物理和化學兩大類。物理方法主要包括形變處理細化法、物理場細化、快速冷卻法、機械物理細化法。化學方法可分為添加細化劑與添加變質劑。其中稀土元素往往作為細化劑或變質劑被廣泛使用。

在不同的合金中添加不同含量、不同種類的稀土元素，可以得到晶粒細化的效果，從而增強合金的一些力學性能。例如稀土元素Gd在A357合金中的添加可以細化晶粒并減小二次枝晶間距。向過共晶Al-20％Si合金中添加稀土Er。當Er的含量為1％時，微觀組織細化效果最明顯，初生硅尺寸最小，抗拉強度和伸長率最高。對Al-18％Si-10％Mg合金，隨著稀土元素Ce的添加，初生的Mg₂Si顆粒由粗大十字狀或者不規則的多面體轉變成為細小規則的塊狀，初生硅和共晶硅顆粒的尺寸也減小。稀土元素Y、Nd的加入使Mg-Al-CaY-bNd(a＝0、0.5、1、1.5，b＝0、0.5、1、1.5)合金組織得到不同程度的細化，分布更加均勻。混合稀土元素Y和Nd的加入能明顯地提高合金力學性能。將適量的稀土元素Y、Nd和Gd混合添加到AZ91D鎂合金中，AZ91D鎂合金的抗拉強度和伸長率都有所提高，晶粒得到了明顯的細化。