山东科技大学岳丽杰副教授等：TWIP钢表面Ni-P化学镀层组织结构及性能研究

2024-10-12 13:47:16 作者：表面云社区来源：表面云社区分享至：

背景与意义：

孪生诱发塑性钢，又称TWIP（Twinning Induced Plasticity）钢，作为一种先进高强度钢，具有高的强塑积、优异的抗冲击性能，没有低温脆性转变温度，综合力学性能优异，具有广阔的应用前景，特别是在汽车制造领域受到广泛的关注。例如用作汽车保险杠这样具有复杂形状的高强度结构件和安全件，TWIP钢对冲击能量的吸收程度是现有高强深冲钢的2倍。但是对于Fe-Mn-Al-C系TWIP钢，由于存在大量高活性Mn元素，且缺乏钝化元素，它具有较差的耐腐蚀性能，尤其是在非氧化性酸溶液或含有氯化物的环境中，TWIP钢表面难以钝化，容易发生点蚀。

山东科技大学岳丽杰副教授团队采用化学镀方法对TWIP钢进行表面处理，研究化学镀层对TWIP钢性能的改善作用，进一步研究了不同热处理工艺对TWIP钢表面Ni-P镀层组织结构演变及耐腐蚀性能的影响。

图文导读：

对未热处理镀层和热处理后的镀层进行XRD测试，研究镀层在热处理过程中的物相变化，实验结果如图1所示。

图1 Ni-P镀层不同温度热处理的XRD图谱

通过对TWIP钢基体、未热处理镀层、不同条件下热处理镀层进行电化学测试，研究热处理对镀层耐蚀性能的影响。不同温度热处理后化学镀层的极化曲线和交流阻抗结果如图2、3所示，并与TWIP钢基体进行对比。对图2的极化曲线进行分析可知，相比于TWIP钢基体，普通Ni-P镀层和不同热处理条件下镀层的极化曲线向左上方大幅移动，腐蚀电位明显提高，腐蚀电流密度大幅减小。进一步对图3所示的交流阻抗结果进行分析，TWIP钢基体以及不同热处理条件下镀层的交流阻抗图谱均呈变形的半圆容抗弧，容抗弧半径表征了电化学反应过程中的阻抗值，容抗弧半径越大，试样的耐腐蚀性能越好。

图2 不同温度热处理后镀层和TWIP钢基体的极化曲线

图3 不同温度热处理镀层的交流阻抗图谱

结论：

通过化学镀表面处理工艺在TWIP钢表面制备了Ni-P镀层并对其进行了不同温度的热处理，研究了热处理温度和时间对Ni-P镀层形貌、组织结构、耐腐蚀性能的影响。

1）与热处理时间相比，热处理温度对镀层表面形貌的影响更大。随着热处理温度的升高，镍磷原子发生迁移，胞状组织边界模糊，粗糙度降低，其中600 ℃热处理镀层表面最为致密平整。

2）随着热处理温度由低到高，镀层组织结构演变过程如下：非晶态（普通Ni-P镀层）→非晶态部分晶化、Ni₁₂P₅、Ni₅P₂等亚稳态镍磷化合物析出（300 ℃）→非晶态完全晶化、稳态Ni₃P相长大（400 ℃）→晶粒长大（500 ℃、600 ℃）。

3）在中性NaCl溶液中，与TWIP钢基体相比，不同热处理条件下化学镀层的耐腐蚀性能都较为优异。随着热处理温度的升高，镀层的耐蚀性能先降低后升高。600 ℃热处理1 h镀层的腐蚀电流密度为0.25 μA/cm²，与普通Ni-P镀层相比降低了80.9%，与TWIP钢基体相比降低了99.6%。

4）在化学镀过程中，不均匀的内应力以及热处理过程中晶化相的析出会造成镀层表面出现小孔洞等缺陷，在腐蚀过程中诱发镀层发生点蚀及剥落，从而影响表面钝化层的形成。600 ℃热处理镀层光滑致密无缺陷的表面促进了保护性氧化膜的产生，使镀层的耐蚀性能提高。

文章信息：

该文章发表在《表面技术》第53卷第16期。

引文格式：岳丽杰, 薛广成, 谢鲲, 等. TWIP 钢表面 Ni-P 化学镀层组织结构及性能研究[J]. 表面技术, 2024, 53(16): 89-102.

YUE Lijie, XUE Guangcheng, XIE Kun, et al. Investigation on Microstructure and Corrosion Resistance of Electroless Ni-P Coating on TWIP Steel[J]. Surface Technology, 2024, 53(16): 89-102.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2024.16.007

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