退火温度对电铸Ni-W合金组织与硬度的影响

　　0 引言

　　电铸作为一种现代加工技术，在许多领域都有着非常重要的用途。目前，电铸法制备的药型罩材料在晶粒的大小、形态和取向诸方面具有可控性，使得电铸药型罩技术得到了国内外相关行业的高度重视[1-3]，利用电铸技术成功地制备了纯Cu和纯Ni药型罩[4-6]。镍及其合金由于具有优良的塑性、冲击韧性和耐腐蚀等特点，成为制备药型罩的首选材料之一[7-8]。W具有高熔点、高密度，Ni具有高声速、优良的动态变形性能，两者的结合使得Ni-W合金成为一种有前景的药型罩合金材料[9-11]，但相关的研究还未见报道。

　　本文用电铸法制备了不同成分的Ni-W合金，研究了退火温度对电铸合金的微观组织和硬度的影响，为后续的药型罩制备提供试验依据。

　　1 试验方法

　　以氨基磺酸镍和钨酸钠为主盐，柠檬酸为络合剂，用直流电铸法制备3种Ni-W合金。表1列出了3种镀液的组成及工艺条件。用氨水调节电铸液pH为4～6，阳极采用质量分数为99.98% 的镍板，阴极为单面用过氯乙烯胶绝缘的不锈钢薄片，工作面积为0.50cm×0.85cm。电铸液用磁力搅拌器中速搅拌，转速为900r/min，电铸温度设定为70℃，阴极电流密度为10A/dm²，电铸时间设定为3h。

　　对制备的3种合金分别在400℃、500℃、600℃和700℃到温入炉，保温2h，然后空冷。Ni-W合金的晶体结构利用日本理学(Rigaku)D/MAX-RB型X射线衍射仪(XRD)进行解析确定，化学成分利用LEO-1450扫描电子显微镜能谱分析技术(SEM-EDS)进行测定。合金热处理前后的显微硬度变化利用MVX-A显微硬度计进行测定，载荷为1N，作用时间15s。合金的显微组织利用OLYMPUS-BX51M型金相显微镜进行观察。

　　2 试验结果与讨论

　　2.1 电铸Ni-W合金的化学成分与晶体结构

　　改变电铸液中W、Ni的含量制备了3种不同W含量的Ni-W合金。表2列出了3种试样的化学成分分析结果( 试样编号对应表1中的3种电铸方案)。从表2可以看出: 随着电铸液中Na2WO4·2H2O与Ni( NH2SO3)2·4H2O比值的增大，所制备的Ni-W合金中W含量也增大。

　　对3种电铸Ni-W合金的X射线衍射分析结果，如图1所示。由图1可以看出: 随着试样中 W 元素含量的增加，电铸合金从最开始的晶态逐渐过渡到非晶态。当w(W)=2.61%时，合金在44.43°、51.84°、76.12°处都出现较强的衍射峰，且峰非常尖锐，这表明电铸合金呈晶态且为Ni(W)固溶体。因为W原子半径(r =0.1370nm)大于Ni原子半径(r=0.1243nm)，W的固溶会引起Ni晶格的膨胀，从而导致Ni衍射峰的左移。随着W含量增加(w(W)=35.35%)，Ni衍射峰进一步向低角方向移动，同时衍射峰宽化，峰强降低。当w(W)= 45.52%时，电铸Ni-W合金的X射线衍射谱图呈现为漫散射包，表明合金为非晶态结构。这与文献[9-10]所得结果相一致。Ni-W合金非晶态结构形成的缘由，主要是由于铸层中W元素含量的增加，造成Ni晶格的畸变，从而引起体系自由能的升高。随着镀层中W元素含量的不断增加，体系自由能也不断升高。当W元素含量增加到一定程度时，体系的自由能上升到能够跃迁过晶态转变为非晶态的“势垒”，就转变到“亚稳态”的非晶态结构。