機制論文熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度的影響

PAGE本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度的影響學(xué)生姓名：所在院系：機電學(xué)院所學(xué)專業(yè)：機制導(dǎo)師姓名：完成時間：2009年5月

摘要主要研究了熱處理對鋼材表面化學(xué)鍍鎳磷合金硬度的影響。為了得到一個沉積速度快、鍍層外觀光亮、與基體結(jié)合力好、硬度高等良好性能的化學(xué)鍍液成分,在參考有關(guān)鍍液組成研究的基礎(chǔ)上,分析了各成份和工藝條件對沉積速度等性能的影響,利用均勻設(shè)計試驗優(yōu)選出一種較好的鍍液配方,并對所得到的化學(xué)鍍鎳層采用金相顯微鏡、顯微硬度計等顯微分析儀器進行了外觀、硬度、等方面的性能測試,對所得到的數(shù)據(jù)進行了分析,在分析工藝配方對鍍層性能的影響時,著重研究了磷含量不同的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的硬度。結(jié)果表明,隨著鍍層中磷含量的增加,鍍層硬度減小,而且鍍層達到最高硬度時的熱處理溫度降低。關(guān)鍵詞:化學(xué)鍍鎳磷合金,工藝配方,均勻設(shè)計試驗,硬度,熱處理EffectofHeatTreatmentonthehardnessofElectrolessNi-PalloyAbstractThispaperstudiedtheheat-treatmentofchemicalNi-platingonsteel.Inordertogetabettercraftformulationondepositspeed,appearanceandrigidity,referencedtheformercraftformula,analyzedeachcompositionandthecraftconditiontosinktheinfluenceofaccumulatethespeed.Agoodcraftformulationwasproposedbytheuniformdesignexperimentandtheexternalappearanceofthelayer,degreeofhardness,thicknessandsinktoaccumulatethespeedwastestedbythegoldmutuallymicroscopeandtheminutedetailsofhardnesstoaccountetc.Underanalyzingtheinfluenceoncraftformulation,HardnesselectrolessNidepositswasemphasized.ResultsshowedthathardnessofelectrolessNidepositsreducedwithincreaseofphosphoruscontent,andtemperatureofheat-treatmentdecreasedforreachinghighesthardness.Keywords:ChemicalNi-plating,CraftFormula,UniformDesignExperiment,Hardness,Heat-treatment目錄1緒論 11.1化學(xué)鍍鎳磷合金的原理 11.2鍍鎳磷合金鍍層在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀 11.3研究熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度影響的目的和意義 22實驗部分 22.1主要試劑和儀器 22.2基體材料與工藝流程 32.3鍍液中各成分的作用及工藝條件的影響 32.3.1鎳鹽 32.3.2還原劑 32.3.3絡(luò)合劑 42.3.4緩沖劑 42.3.5增效劑 42.3.6溫度 42.3.7PH值 53研究方法 53.1均勻設(shè)計實驗 53.2計算值與實驗值的對比試驗 53.3性能測定 53.3.1顯微硬度的測定 53.3.2鍍層熱處理 53.3.3鍍層的XPS分析 63.4實例分析 64結(jié)果與討論 124.1鎳磷合金鍍層的表面形貌 134.2熱處理工藝對鎳磷合金鍍層顯微硬度的影響 135結(jié)論 16參考文獻 18致謝 201緒論1.1化學(xué)鍍鎳磷合金的原理化學(xué)鍍鎳磷合金的原理其主要反應(yīng)為應(yīng)用次亞磷酸鈉還原鎳離子為金屬鎳，即在水溶液中鎳離子和次亞磷酸陰離子碰撞時，由于鎳觸媒作用析出原子態(tài)氫，而原子態(tài)氫又被催化金屬吸附并使之活化，把水溶液中的鎳離子還原為金屬鎳形成鍍層，另外次亞磷酸陰離子由于在催化表面析出原子態(tài)氫的作用，被還原成活性磷，與鎳結(jié)合形成Ni-P合金鍍層鍍層表面呈光亮或半光亮型，主要成分是鎳磷（非晶態(tài)或微晶）合金，具有以下顯著特征：①高硬度和高耐磨性，鍍層硬度為HV4900-5880Mpa（HRC49-55），400℃熱處理為HV9800-10780MPa（HRC69-72）。試驗表明，在干燥和潤滑的情況下，具有相當(dāng)于硬鉻的耐磨性。因此，可用它來代替高合金材料和硬鉻鍍層。②優(yōu)良的抗蝕性，鍍層在鹽、堿、氨和海水中有很好的抗蝕性。50-125um鍍層可用作船舶或石油鉆井平臺上的零件，以抵抗海洋性氣候的腐蝕。③高均鍍性，即有很好的“仿型性”，鍍覆任意形狀的工件尺寸，控制可在微米級以下，鍍后無須研磨。在盲孔、管件、深孔及縫隙的內(nèi)表面可得到均勻鍍層。④高結(jié)合力和自潤滑，鍍層孔隙少、致密、表面光潔。⑤可沉積在金屬（鋼鐵、鎳基合金及鋁基合金）和非金屬（玻璃、陶瓷和塑料）表面上，即在導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體上均可沉積?？墒瑰儗泳哂刑厥獾奈锢?、化學(xué)和機械性能。⑥熱處理溫度低，在400℃以下經(jīng)不同保溫時間后，可得到不同的硬度值。因此，它不存在熱處理變形的問題，特別適用于加工一些精度要求高、形狀復(fù)雜、表面要求耐磨的零部件和工模具等。⑦無滲透性的限制，適用于大型、形狀復(fù)雜的零部件和工模具的表面強化。例如，機械制造和汽車制造工業(yè)中的大型拉延模，由于滲透性限制，無法用熱處理方法強化。⑧鍍層厚度可控，一般為15-20um/h.?？捎糜谛迯?fù)零件和工模具因磨削加工或磨損而引起的尺寸超差，使報廢零件復(fù)用。⑨化學(xué)鍍鎳不需要特殊和昂貴的工藝裝備，工藝簡單，操作方便，工藝過程溫度低。很適宜用在中、小工廠單件或批量生產(chǎn)。1.2鍍鎳磷合金鍍層在國內(nèi)的研究現(xiàn)狀化學(xué)鍍鎳磷合金發(fā)展至今大約經(jīng)過了50年,可分為4個發(fā)展階段:1最原始鍍液的組成是鎳鹽、還原)劑,鍍液極不穩(wěn)定,無實際應(yīng)用價值;2鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑,鍍液的穩(wěn)定性有所提高,進入了實用性階段;3鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑,鍍液的穩(wěn)定性進一步提高,進入了工業(yè)化應(yīng)用階段;4鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑、促進劑、緩沖劑、光亮劑、潤濕劑等,鍍液的性能進一步改善,工業(yè)應(yīng)用進一步推廣。20世紀(jì)80年代以來,由于化學(xué)鍍鎳磷合金的技術(shù)不斷進步,使鍍液的使用壽命延長,成本下降,基本實現(xiàn)鍍液的自動控制,化學(xué)鍍鎳磷合金得以工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)在幾乎難以找到一個工業(yè)部門不需要采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)。20世紀(jì)80年代末,歐美各國相繼建成了幾十條化學(xué)鍍鎳磷合金生產(chǎn)線,加工產(chǎn)值已達30億美元。我國化學(xué)鍍起步較晚,在工業(yè)應(yīng)用方面還存在不少問題,如鍍液不夠穩(wěn)定,沉積速度慢,使用周期短,成本高等。近年來,我國加快了化學(xué)鍍鎳技術(shù)研究,化學(xué)鍍鎳技術(shù)水平和應(yīng)用發(fā)展迅速,通過不斷地研究與探索,一些技術(shù)問題逐步得到解決,化學(xué)鍍鎳技術(shù)在我國的工業(yè)應(yīng)用日益廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國化學(xué)鍍鎳已有300多家,最大單槽鍍液已達38m,為亞洲之最。國外知名品牌化學(xué)鍍鎳濃縮液也紛紛進入中國市場,21世紀(jì)的化學(xué)鍍鎳將進入一種更加成熟、更加蓬勃發(fā)展的時期。1.3研究熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度影響的目的和意義由于優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性和其它性能以及電鍍法無可比擬的均鍍能力等方面的特點，化學(xué)鍍鎳磷非晶態(tài)合金在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。但是，由于化學(xué)鍍鎳磷合金特殊的加工工藝過程和鍍層性能，迄今為止，人們不僅對鎳磷合金鍍層的反應(yīng)沉積過程了解不甚清楚，同時對影響鎳磷合金鍍層性能的諸多因素也考察不夠。目前石油工業(yè)對鎳磷合金鍍層的應(yīng)用抱有濃厚的興趣，尤其希望將其應(yīng)用到油田集輸管道，以解決近年來高礦化度、H2S、CO2和細(xì)粉砂對集輸管道造成的強烈的腐蝕、沖刷腐蝕損壞。而集輸管道應(yīng)用化學(xué)鍍鎳磷合金技術(shù)的難點，除了施鍍工藝技術(shù)外，還在于鍍覆后熱處理對硬度的影響問題。熱處理過程對鎳磷合金鍍層的硬度有何種影響？熱處理的時間與溫度對鎳磷合金鍍層組織結(jié)構(gòu)的影響是極為復(fù)雜的。因此，深入了解熱處理過程中的溫度和時間組合條件對鎳磷合金鍍層性能的影響很有必要。本文通過熱處理的時間和溫度的不同情況，研究鎳磷合金鍍層硬度的變化規(guī)律。2實驗部分2.1主要試劑和儀器試驗所用的主要試劑：硫酸鎳,醋酸鈉,檸檬酸,次磷酸鈉,醋酸，氨水,十二烷基苯磺酸鈉等,均為化學(xué)純（C.P.）。實驗所用儀器：BT-B電子天平（測量化學(xué)藥品重量，精度為0.01g）；PHB系列筆型pH計；DZKW-D-2型電熱恒溫水浴鍋(為試驗提供所需溫度)一列二孔;顯微硬度計，箱式熱處理爐。2.2基體材料與工藝流程本試驗采用A3碳鋼作為基體材料,試片規(guī)格為50mm×20mm×5mm。工件--除油除銹--水洗—蒸餾水浸洗--鍍鎳--水洗--蒸餾水浸洗—烘干—拋光--檢測—熱處理—冷卻--檢測施鍍前需除盡工件表面的油污和銹漬,鍍前用弱堿性的碳酸鉀或氨水稀溶液預(yù)浸工件,以防止工件表面再次出現(xiàn)浮銹。施鍍過程中需適當(dāng)攪拌,以提高鍍層的均勻性和致密度,降低孔隙率。工藝條件包括鍍液成分是化學(xué)鍍鎳過程中極為重要的影響因素,必須嚴(yán)格按照實驗的要求來進行:(1)溫度要求嚴(yán)格控制在85±1℃;(2)pH值要求控制在4.6～5.0的范圍之內(nèi);(3)試樣入鍍的總面積應(yīng)在0.5～1dm2·L-1之間;(4)試樣每9塊,施鍍時間2h。2.3鍍液中各成分的作用及工藝條件的影響2.3.1鎳鹽常用的有硫酸鎳和氯化鎳兩種。硫酸鎳價格適中，易制成高純度級的試劑，應(yīng)用較廣。在鍍覆過程中，鎳鹽的耗量較大，須適量補充。而鍍液的反應(yīng)速度并不是隨鎳鹽濃度的增加而相應(yīng)加快。實驗證明；在通常的濃度范圍內(nèi)，鎳鹽與次亞磷酸鹽的濃度比為0．4：1時，鎳的沉積速度最佳。如果鎳鹽濃度過低，反應(yīng)速度慢，難以達到鍍覆要求。反之濃度過高，導(dǎo)致一部分鎳離子游離在鍍液中，降低鍍液的穩(wěn)定性，容易形成粗糙鍍層，甚至導(dǎo)致鍍液分解，析出鎳沉淀于鍍槽底部。因此，必須保持鍍液中鎳鹽的適當(dāng)含量并在工藝過程中準(zhǔn)確分析和適當(dāng)補充鎳鹽的含量。2.3.2還原劑化學(xué)鍍鎳磷是一個自催化反應(yīng)的過程，其中還原劑是必不可少的成份。通常的酸性鍍液用次亞磷酸鈉來還原鎳鹽中的鎳離子，其本身則分解出磷原子，并以Ni。P化合物形式存在于鍍層中。同時，一部分則被氧化為亞磷酸鈉。對鍍液而言，亞磷酸鈉是十分有害的反應(yīng)產(chǎn)物，它會與鍍液中的鎳離子形成溶解度很小的亞磷酸鎳沉淀，使鍍液分解老化而失效，因此必須嚴(yán)格控制鍍液中亞磷酸鹽的含量。各種試驗都表明，主鹽(鎳鹽和次亞磷酸鹽)濃度比對鍍液的沉積速度、鍍層的含磷量有直接影響。通過對鍍液老化的分析可知，為降低鍍液的成本，鍍液的再利用是可行的。只要消除并控制鍍液中不斷產(chǎn)生的亞磷酸鹽，同時適當(dāng)補充主鹽，就能使老化的鍍液再生，重新得以使用。2.3.3絡(luò)合劑隨著反應(yīng)的進行，亞磷酸鹽將不再生成。當(dāng)亞磷酸鹽的含量高達一定程度時就會有亞磷酸鎳沉淀析出，這是促使鍍液自然分解的一個主要原因。為了避免沉淀產(chǎn)生，就要在鍍液中添加能有效地降低鎳離子含量的絡(luò)合劑。其作用就是與鎳離子形成絡(luò)合陰離子，從而降低鍍液中游離的鎳離子濃度，增加鍍液的穩(wěn)定性。常用的絡(luò)合劑有乳酸、乙醇酸(羥基乙酸)、蘋果酸、氨基乙酸(甘氨酸)和檸檬酸等多種，其中有的還具有緩沖劑的作用。它們的含量增加時，通常能提高鍍液的穩(wěn)定性，但同時也降低鍍液的沉積速度。作為絡(luò)合劑的各種有機酸與鎳離子形成的絡(luò)合陰離子的穩(wěn)定性各不相同。由于絡(luò)合反應(yīng)所具有的雙重作用，所以對絡(luò)合劑的選擇和加入量的控制必須慎重。絡(luò)合劑的穩(wěn)定性愈高，沉積速度愈慢，反之亦然。實驗證明：當(dāng)絡(luò)合劑的濃度相等時，以乳酸為絡(luò)合劑的鍍液其沉積速度最快；而以檸檬酸為絡(luò)合劑的鍍液，其沉積速度則最慢。2.3.4緩沖劑鍍液中加入緩沖劑，是為了防止在沉積反應(yīng)過程中由于鍍液PH值的劇烈變化而造成沉積速度的不穩(wěn)定。緩沖劑中的陰離子可與沉積反應(yīng)過程中所生成的氫離子結(jié)合成為電離度很小的弱酸分子，故而能控制鍍液PH值的劇烈變化。作為絡(luò)合劑加入的有機酸。在具有絡(luò)合作用的同時，也具有一定的緩沖作用。緩沖劑的濃度，會影響鍍液的沉積速度。實驗表明，30g／L次亞磷酸鈉和乙酸鈉為20g／L、log／L的鍍液，在其他成份和工藝條件相同的情況下，沉積速度分別為17．5tan／h和14tan／h。此外，即使加入了緩沖劑，在鍍復(fù)過程中鍍液的PH值也會降低。因此，必須經(jīng)常測定鍍液的PH值，并用氨水或氫氧化鈉溶液來校正。2.3.5增效劑隨著鍍液組份的不斷完善，目前在鍍液中常加入一些增效劑。實際表明，含有丁二酸鈉(丁二酸)或氟化鈉的鍍液，比不含這類物質(zhì)的鍍液沉積速度要快些，鍍液穩(wěn)定性也高。實際上，各種有機羧酸或大或小都具增效作用，而僅含硼酸為緩沖劑的鍍液，沉積速度很慢。2.3.6溫度化學(xué)鍍鎳過程中，溫度是影響反應(yīng)活化能的主要參數(shù)。酸性化學(xué)鍍鎳有一個起鍍溫度，當(dāng)溫度低于30℃時，鍍液不發(fā)生反應(yīng)，高于50℃之后，才有明顯的鍍層沉積。一般化學(xué)鍍鎳液的工作溫度為85--95℃。溫度過低，反應(yīng)停止；溫度過高，鍍液不穩(wěn)定，容易分解。鍍層中磷含量隨鍍液溫度上升而下降。鍍層內(nèi)磷含量過高時，雖鍍層硬度上升，但是鍍層容易脫落。2.3.7PH值隨鍍液PH值的提高，沉積速度加快，亞磷酸鹽的溶解度降低，容易引起鍍液的自分解發(fā)生，如果鍍液PH值過高，則次磷酸鹽氧化成亞磷酸鹽的反應(yīng)加快，而催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為自發(fā)性反應(yīng)，使鍍液很快失效。PH值增加，鍍層中磷含量有所下降。PH值太低時反應(yīng)無法進行，比如酸性鍍液，當(dāng)PH<3時就很難沉積出鍍層。3研究方法3.1均勻設(shè)計實驗要獲得光亮性好的鍍層,鍍液組成是關(guān)鍵。我們采用根據(jù)數(shù)論提出的一種新型試驗設(shè)計方法-均勻設(shè)計法,該方法特別適用于多因素多水平的試驗。數(shù)學(xué)家們已經(jīng)編制出各種水平數(shù)和各種因子數(shù)的均勻設(shè)計表及其使用表。根據(jù)擬訂實驗的因素個數(shù)和水平數(shù)選擇所需要的均勻表并編制出試驗設(shè)計表,按表中的比例配制鍍液進行實驗。3.2計算值與實驗值的對比試驗由于均勻試驗中每個試驗點的代表性非常高,一兩個不正確的實驗數(shù)據(jù)就會造成結(jié)果與理論值較大的偏差,所以必須保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。采用計算機解出的最優(yōu)配方進行試驗,若得出的結(jié)果在所有結(jié)果中是單調(diào)上升或單調(diào)下降的邊緣值,說明最佳值可能還不在試驗范圍內(nèi),需要對各因素的水平值進行擴展后再進行試驗。對計算機解出的最后結(jié)果又必須用實驗進行驗證,如果該配方所獲得的評定函數(shù)Y值是實驗中的最高值,此結(jié)果即為最佳配方,若Y值不是最高,實驗需要重新進行,直到計算機解出的結(jié)果與實驗值一致為止。3.3性能測定3.3.1顯微硬度的測定采用顯微硬度計測定鍍層的顯微硬度,要求鍍層厚度大于25μm,載荷50g,保持載荷時間10s，每個試片測5個點,取其平均值。3.3.2鍍層熱處理采用箱式熱處理爐,將箱式熱處理爐調(diào)定到指定溫度，然后升溫,在指定溫度下保溫,冷卻。3.3.3鍍層的XPS分析分別將不同含磷量的化學(xué)鍍鎳磷合層在堿性溶液中浸泡15天,進行XPS分析,所用設(shè)備為X射線光電子能譜儀(XPS)。3.4實例分析本次實驗采用一個指標(biāo)（硬度）兩個因素（溫度、時間）進行實驗，實驗分為四組（06-406-506-606-7），每組9個樣品。運用均勻設(shè)計建立數(shù)學(xué)模型、對回歸方程進行優(yōu)化處理、優(yōu)化結(jié)果進行驗證、采用多次回歸分析計算結(jié)果，下面以06-6為例進行簡單介紹：06-6試驗基本信息指標(biāo)數(shù):１,因素個數(shù):２,運行次數(shù):９試驗設(shè)計選用均勻設(shè)計表Ｕ9*(94)各因素水平數(shù)相等指標(biāo)名稱:硬度單位:HV因素１名稱:溫度單位:℃因素２名稱:時間單位:h多元回歸分析回歸分析采用后退法,顯著性水平α＝0.10擬建立回歸方程:ｙ=b(0)+b(1)*Ｘ(1)+b(2)*Ｘ(2)+b(3)*Ｘ(1)*Ｘ(1)+b(4)*Ｘ(1)*Ｘ(2)+b(5)*Ｘ(2)*Ｘ(2)回歸系數(shù)b(i):b(0)＝151b(1)＝4.00b(2)＝-77.3b(3)＝-5.23e-3b(4)＝0.211b(5)＝-1.81標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)B(i):B(1)＝5.61B(2)＝-1.08B(3)＝-5.91B(4)＝1.51B(5)＝-0.155復(fù)相關(guān)系數(shù)Ｒ＝0.9697決定系數(shù)Ｒ^2＝0.9403修正的決定系數(shù)Ｒ^2a＝0.8806回歸方程顯著性檢驗:變量分析表變異來源|平方和|自由度|均方|均方比回歸|Ｕ＝7.19e+4|Ｋ＝5|Ｕ/Ｋ＝1.44e+4|Ｆ＝9.450剩余|Ｑ＝4.56e+3|Ｎ－１－Ｋ＝3|Ｑ/(Ｎ－１－Ｋ)＝1.52e+3|總和|Ｌ＝7.64e+4|Ｎ－１＝8||樣本容量Ｎ＝９,顯著性水平α＝0.10,檢驗值Ｆt＝9.450,臨界值Ｆ(0.10,5,3)＝5.309,Ｆt＞Ｆ(0.10,5,3),回歸方程顯著。剩余標(biāo)準(zhǔn)差ｓ＝39.0回歸系數(shù)檢驗值:ｔ檢驗值(df＝3):ｔ(1)＝5.225ｔ(2)＝-0.8637ｔ(3)＝-5.093ｔ(4)＝1.874ｔ(5)＝-0.1767Ｆ檢驗值(df1＝1,df2＝3):Ｆ(1)＝27.30Ｆ(2)＝0.7459Ｆ(3)＝25.94Ｆ(4)＝3.511Ｆ(5)＝3.124e-2偏回歸平方和U(i):U(1)＝4.15e+4U(2)＝1.13e+3U(3)＝3.95e+4U(4)＝5.34e+3U(5)＝47.5偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,2345＝0.9492ρ2,1345＝-0.4462ρ3,1245＝-0.9467ρ4,1235＝0.7343ρ5,1234＝-0.1015各方程項對回歸的貢獻(按偏回歸平方和降序排列):U(1)＝4.15e+4,U(1)/U＝57.8%U(3)＝3.95e+4,U(3)/U＝54.9%U(4)＝5.34e+3,U(4)/U＝7.43%U(2)＝1.13e+3,U(2)/U＝1.58%U(5)＝47.5,U(5)/U＝6.61e-2%第５方程項[Ｘ(2)*Ｘ(2)]對回歸的貢獻最小,對其進行顯著性檢驗:檢驗值Ｆ(5)＝3.124e-2,臨界值Ｆ(0.10,1,3)＝5.538,Ｆ(5)≤Ｆ(0.10,1,3),此方程項不顯著,需要剔除。第１次剔除不顯著方程項,新建回歸方程繼續(xù)計算:回歸方程:ｙ=b(0)+b(1)*Ｘ(1)+b(2)*Ｘ(2)+b(3)*Ｘ(1)*Ｘ(1)+b(4)*Ｘ(1)*Ｘ(2)回歸系數(shù)b(i):b(0)＝177b(1)＝3.96b(2)＝-91.2b(3)＝-5.20e-3b(4)＝0.218標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)B(i):B(1)＝5.55B(2)＝-1.28B(3)＝-5.88B(4)＝1.57復(fù)相關(guān)系數(shù)Ｒ＝0.9694決定系數(shù)Ｒ^2＝0.9397修正的決定系數(shù)Ｒ^2a＝0.9035回歸方程顯著性檢驗:變量分析表變異來源|平方和|自由度|均方|均方比回歸|Ｕ＝7.18e+4|Ｋ＝4|Ｕ/Ｋ＝1.80e+4|Ｆ＝15.58剩余|Ｑ＝4.61e+3|Ｎ－１－Ｋ＝4|Ｑ/(Ｎ－１－Ｋ)＝1.15e+3|總和|Ｌ＝7.64e+4|Ｎ－１＝8||樣本容量Ｎ＝９,顯著性水平α＝0.10,檢驗值Ｆt＝15.58,臨界值Ｆ(0.10,4,4)＝4.107,Ｆt＞Ｆ(0.10,4,4),回歸方程顯著。剩余標(biāo)準(zhǔn)差ｓ＝34.0回歸系數(shù)檢驗值:ｔ檢驗值(df＝4):ｔ(1)＝6.297ｔ(2)＝-2.447ｔ(3)＝-5.891ｔ(4)＝2.410Ｆ檢驗值(df1＝1,df2＝4):Ｆ(1)＝39.65Ｆ(2)＝5.988Ｆ(3)＝34.70Ｆ(4)＝5.808偏回歸平方和U(i):U(1)＝4.57e+4U(2)＝6.90e+3U(3)＝4.00e+4U(4)＝6.69e+3偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,234＝0.9531ρ2,134＝-0.7743ρ3,124＝-0.9469ρ4,123＝0.7695各方程項對回歸的貢獻(按偏回歸平方和降序排列):U(1)＝4.57e+4,U(1)/U＝63.6%U(3)＝4.00e+4,U(3)/U＝55.7%U(2)＝6.90e+3,U(2)/U＝9.61%U(4)＝6.69e+3,U(4)/U＝9.32%第４方程項[Ｘ(1)*Ｘ(2)]對回歸的貢獻最小,對其進行顯著性檢驗:檢驗值Ｆ(4)＝5.808,臨界值Ｆ(0.10,1,4)＝4.545,Ｆ(4)＞Ｆ(0.10,1,4),此方程項顯著。殘差分析:殘差分析表№|觀測值|回歸值|觀測值－回歸值|(回歸值－觀測值)/觀測值×100(%)１|677|666|11.0|-1.62２|677|714|-37.0|5.47３|795|769|26.0|-3.27４|908|904|4.00|-0.441５|946|918|28.0|-2.96６|908|938|-30.0|3.30７|857|876|-19.0|2.22８|874|855|19.0|-2.17９|841|841|0.00|0.00回歸分析結(jié)束試驗條件優(yōu)化試驗優(yōu)化方法:單純形法條件優(yōu)化設(shè)置列表因素|上界|下界|初始值|初始步幅|初始步長|收斂系數(shù)１|600.0|200.0|400.0|1.0e-2|4.000|1.0e-3２|5.000|1.000|3.000|1.0e-2|4.000e-2|優(yōu)化的試驗條件因素|最優(yōu)條件|預(yù)期指標(biāo)最大值１|424.0|926(±72.4)２|3.000|試驗優(yōu)化結(jié)束4結(jié)果與討論4.1鎳磷合金鍍層的表面形貌采用掃描電鏡對鍍層形貌進行觀察，所得SEM照片如圖1所示。圖1化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的SEM圖用掃描電鏡測定化學(xué)鍍鎳的表面行貌，如圖1所示。由圖可觀察到胞狀結(jié)構(gòu)，顆粒大小在1--8μm范圍內(nèi)，鍍層比較均勻、致密。4.2熱處理工藝對鎳磷合金鍍層顯微硬度的影響對鍍層的磷含量進行測定,測得4種工藝所得鍍層的平均磷含量分別為10.88%,10.06%,13.90%,13.13%，分別見表1、表2、表3、表4。由實驗可得,隨著鍍層中磷含量的增加,其硬度會相應(yīng)減小。這主要是因為鎳和磷能形成含磷的過飽和置換固溶體,當(dāng)磷含量較低(<4%)時,鍍層呈微晶結(jié)構(gòu),鍍層中只有含磷的β2Ni固溶體晶粒,而不存在無定型ν相,因而具有較高的塑性變形抗力,從而表現(xiàn)出較高的硬度;當(dāng)磷含量升高時,開始出現(xiàn)ν相,并存在于β2Ni相晶粒的晶界間,晶格受到擾亂,此時原子排列無序,因此受力時容易滑動,抵抗局部塑性變形能力弱,從而表現(xiàn)出低硬度,同時沉積層轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)結(jié)構(gòu)。4種鍍層的X射線衍射圖見圖2、圖3、圖4、圖5。從圖中可以看出,高磷鍍層表現(xiàn)出非晶態(tài)特征,而低磷鍍層衍射峰較窄,表現(xiàn)出晶態(tài)特征；高、低磷含量的4種鍍層具有最高硬度時的熱處理溫度依次升高。例如含磷量為13.90%的合金鍍層在424℃下熱處理3小時的硬度最高可達到HV926。06-4表1元素重量原子百分比百分比PK10.8818.79NiK89.1281.21總量100.00圖2鍍層鎳磷含量能譜圖06-5表2元素重量原子百分比百分比PK10.0617.50NiK89.9482.50總量100.00圖3鍍層鎳磷含量能譜圖06-6表3元素重量原子百分比百分比PK13.9023.43NiK86.1076.57總量100.00圖4鍍層鎳磷含量能譜圖06-7表4元素重量原子百分比百分比PK13.1322.27NiK86.8777.73總量100.00圖5鍍層鎳磷含量能譜圖5結(jié)論①化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層具有最高硬度的熱處理溫度隨著磷含量降低而升高,例如含磷量為13.90%的合金鍍層在424℃下熱處理3小時的硬度最高可達到HV926。②熱處理有利于改善鍍層的顯微硬度。當(dāng)熱處理溫度低于300℃時，鍍層的硬度與鍍態(tài)相近。當(dāng)溫度超過300℃時，鍍層的硬度隨熱處理溫度的升高而明顯升高。③均勻設(shè)計讓我們用不多的試驗就尋找到了化學(xué)鍍鎳磷合金的優(yōu)化組成。經(jīng)實驗驗證該結(jié)果在試驗范圍內(nèi)確實是最優(yōu)的,大大減少了試驗的工作量,為其他方法所不及。在化學(xué)鍍工藝中,在進行工藝的改進或新鍍種的開發(fā)時,往往需要進行多因素多水平值的試驗,工作量非常大,而均勻設(shè)計給我們提供了一個效率高、準(zhǔn)確性高的科學(xué)試驗方法,讓我們獲得事半功倍的效果。④本次試驗雖然獲得了優(yōu)化條件和熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度的影響因素，但是仍存在存在許多問題和不足，鍍層不夠均勻，影響因素不太顯著。結(jié)果也不盡人意，通過本次的經(jīng)驗和總結(jié)，下一步將對整個實驗過程作進一步的思考，找出原因，進一步更精確的找出熱處理工藝對鎳磷合金鍍層硬度的影響。參考文獻[1]李金桂.材料的表面改性與涂鍍技術(shù)的新發(fā)展[J].先進制造與材料應(yīng)用技術(shù),1998（6）:1～31[2]李寧.化學(xué)鍍實用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004,1～61[3]張冠軍.工業(yè)級藥品配制化學(xué)鍍鎳溶液的研究及其應(yīng)用[J].表面技術(shù),1993,22（1）:30～32[4]李寧,袁國偉,黎德育.化學(xué)鍍鎳基合金理論與技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000,89～1031[5]胡信國.21世紀(jì)的化學(xué)鍍鎳技術(shù)[A].第五屆全國化學(xué)鍍會議論文集[C].2000.9,1-7.[6]姜曉霞,沈偉.化學(xué)鍍理論及實踐[M].北京:國防工業(yè)出版社,2000.8212.[7]上海市科學(xué)技