[发明专利]一种利用交变超声频率调控纳米晶织构生长的方法

说明书

本发明公开了一种利用交变超声频率调控纳米晶织构生长的方法，包括以下步骤：(1)在基底上进行Pd‑Sn敏化预形核；(2)将基底放置于氨基磺酸镍体系镀镍液中进行电沉积，在电沉积过程中在沿着电极水平方向设置超声发生器Ⅰ，竖直方向设置超声发生器Ⅱ；(3)将电沉积结束后的样品在保护气氛中进行时效稳定热处理。该方法能够在枝晶生长过程中促使微区局部过冷，触发更多形核中心；将枝晶碎化，抑制织构择优生长趋势；使碎化枝晶成为其他方向的形核中心，不产生晶须等缺陷；使Ni结晶多方向性随意生长，使结构致密，其杨氏模量E_r达198GPa，硬度高达914HV_0.2；工艺简单，超声发生器布线灵活，操作方便。

技术领域

本发明涉及一种纳米晶织构生长的方法，更具体地，涉及一种利用交变超声频率调控纳米晶织构生长的方法。

背景技术

镍基高温合金/涂层作为高温功能材料已被广泛应用在航空航天、3D打印、生物骨骼器件等领域。目前，传统直流电沉积Ni镀层存在织构粗化，大枝晶在生长过程中不能被碎化，导致织构折优粗化生长明显，存在小角度晶界等缺陷，在酸性等腐蚀介质中，存在严重的点蚀倾向。在高温氧化过程中，由于存在Ni²⁺阳离子空穴，外界活性[O]原子乘穴而入，从而导致晶界氧化，使得涂层微结构致密度低。近年来，发展起来的脉冲电沉积技术，利用高的峰值电流密度和过电位来诱发高的形核率，但本质上沿低能密排面Ni(111)等方向上的织构择优生长趋势并未明显被抑制，Ni镀层中依旧保留部分粗大枝晶，同时脉冲电沉积中瞬间高的过电位促使非自发的快速结晶所带来大量的位错或栾晶等亚结构不利于纳米晶Ni热稳定性；为了解决上述问题，不少学者在脉冲电沉积过程中引入单一方向(单一频率)的超声振荡场，沿着超声方向上的织构被碎化，晶粒明显细化，晶界清晰，在硬度和韧性等性能上得到提高，但沉积速率大幅下降，被超声碎化的枝晶没有被吸附到活性生长点表面来形核增值，而是被单一方向的超声微射流作用冲刷到电解液溶液中，这部分枝晶游离在溶液中易导致晶须等缺陷。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够使枝晶碎化并使碎化的枝晶充当其他方向上的形核中心、诱发二次动态再结晶与细化生长、使晶体微结构致密的利用交变超声频率调控纳米晶织构生长的方法。

技术方案：本发明所述一种利用交变超声频率调控纳米晶织构生长的方法，包括以下步骤：

(1)在基底上进行Pd-Sn敏化预形核；

(2)将基底放置于氨基磺酸镍体系镀镍液中进行电沉积在电沉积过程中在沿着电极水平方向设置超声发生器Ⅰ，竖直方向设置超声发生器Ⅱ；

(3)将电沉积结束后的样品在保护气氛中进行时效稳定热处理。

其中，步骤1中基底先进行阳极氧化处理，使基底表面形成蜂窝结构的纳米孔，纳米孔孔径为280～300nm，阳极氧化处理条件为：在含H₃PO₄的HCl-H₂SO₄混合酸体系中进行阳极氧化，并利用冰袋恒温水浴，温度为8～12℃，直流电源初始电压为120～150V，电流上升后瞬间下降至0.08～0.1mA/cm²，处理后的基底有利于活性离子吸附到孔内，沿着孔向外钉扎生长，提高基底表面涂层界面结合力；步骤2中氨基磺酸镍体系镀镍液成分为：280～320g/L氨基酸镍，40～60g/L氯化镍，30～40g/L硼酸，0.5～0.8g/L稀土La³⁺添加剂，pH值为4.0～6.5；电沉积工艺为：双脉冲频率为1300～1500Hz，正负电流占空比2:3～2:5，峰值电流密度0.6～1.0mA/cm²；超声发生器Ⅰ频率范围为50～70kHz，超声发生器Ⅱ频率为25～35kHz，超声功率为50～80W，超声发生器Ⅰ和超声发生器Ⅱ交互变化周期为3s:10s～5s:10s；步骤3中时效稳定热处理时保护气氛为Ar，初始温度设定为300～400℃，以5～10℃/min速率升高至700～800℃，保温1～1.5h。