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1.2鍍層成分與性能測試
采用HXD-1000TM型顯微硬度計測定鍍層的顯微硬度，熱處理前后鍍層的加載載荷分別為100×98N和1960N，保壓時間15s，取5次測試的平均值作為鍍層的顯微硬度。用Nikon80i高分辨金相顯微鏡對鍍層形貌進行觀察。對鍍層進行EDS分析，來測量鍍層中的磷含量。
按照輕工行業(yè)標準，通過銼刀法與加熱方法對鍍層表面的結合強度進行考察[7]。采用銼刀法時，用銼刀以和鍍層表面成45°夾角銼鍍層棱邊;采用加熱方法時，將試樣加熱到250℃，保溫1h，取出試樣后即放入25℃冷水，經(jīng)多次循環(huán)。
2·結果與討論
2.1梯度鍍層形貌特征和力學性能
鍍層形貌及硬度壓痕、由內(nèi)而外硬度、由上至下硬度分別如圖1～3所示。從圖1可看出，鍍層形貌良好，結構致密均勻。Ni層與Ni-P合金鍍層有較明顯的分界線，由內(nèi)而外，壓痕越來越小，即硬度越來越高，形成了良好的硬度梯度。合金鍍層內(nèi)部多層梯度化的設計，可以有效提高鍍層的耐磨性能[6]。由上而下硬度逐漸升高，根據(jù)經(jīng)典的Archard定律[8]和以前的實驗結果：硬度與耐磨性變化規(guī)律基本一致，隨著攪拌速度的增加，鍍層導電性越來越差，即耐磨性由上而下越來越好，導電性由下而上越來越好。既滿足結晶器上口處對導熱性能的需求，又滿足了下口處對耐磨性的實際需要，與結晶器拉坯過程中的實際工作條件相匹配。
對鍍層與基體的結合強度進行考察。運用銼刀法時，得到的銼痕小且表面光滑;運用加熱法時，鍍層表面無鼓泡、起殼現(xiàn)象，即鍍層與基體的結合強度良好。
對鍍層進行400℃熱處理，熱處理后鍍層形貌及硬度壓痕、由內(nèi)而外硬度、由上至下硬度如圖4～6所示。可知，熱處理后鍍層表面光滑平整，銅板底部的硬度可達1080HV，且保持了兩個方向上很好的梯度變化。
熱處理時，鍍層隨熱處理溫度的升高逐漸析出Ni3P相，硬化相的彌散析出增加了梯度鍍層塑性變形的滑移阻力，強化了鍍層，使得鍍層的硬度提高[9-10]。合金鍍層成分的梯度化能夠顯著降低熱處理過程中的內(nèi)應力[11]，能夠很好地抑制微區(qū)脆性剝落，從而可以提高鍍層與基體的結合強度。400℃熱處理時，析出的Ni3P相分布均勻、彌散程度良好，硬度達到最好狀態(tài)。
對熱處理后梯度鍍層的結合強度進行考察，發(fā)現(xiàn)結合強度有了一定程度的提高。
2.2梯度鍍層的成分測量
將梯度鍍層底部做EDS分析，得到梯度鍍層中P含量變化如圖7所示。可以看到鎳磷一層與鎳磷二層相比，鍍層中P含量變化明顯;其余三層相比較，鍍層中P含量變化較為平緩。在以往的實驗中得到：wP=12%～14%時，鍍層硬度隨鍍層中P含量的增加先增大后減小。當wP=13.16%時，鍍層硬度達到最大值。這也與梯度鍍層中硬度所呈現(xiàn)的變化規(guī)律相符合。
3·結論
(1)采用電鍍的方法，通過改變電鍍過程中攪拌速度、電流密度和pH值的大小在銅表面制備了鎳磷合金二維梯度鍍層，使得鍍層沿縱向與鍍層厚度方向含P量與硬度均有良好的梯度變化，且鍍層硬度高、鍍層與基體結合強度良好。
