[发明专利]一种梯度结构镍钨合金、制备方法及新型层状结构

说明书

本发明公开了一种梯度结构镍钨合金、制备方法及新型层状结构，涉及金属材料技术领域。本发明提供的制备方法利用电化学沉积技术，通过计算机调控电沉积参数，可以在镍钨合金中制备出不同分布形式的由微米级粗晶向纳米晶逐渐过渡的晶粒尺寸梯度和钨含量逐渐上升的成分梯度。这有利于在更大尺度空间内调控整体材料的综合性能，从而可避免均质纳米结构塑/韧性较差的缺点。通过上述方法制备得到的梯度结构镍钨合金，可进一步拓宽镍钨合金的应用范围，并为面向未来的工程应用提供技术储备。新型层状结构包括基体和梯度结构镍钨合金镀层。

技术领域

本发明涉及金属材料技术领域，具体而言，涉及一种梯度结构镍钨合金、制备方法及新型层状结构。

背景技术

受自然界中普遍存在的梯度材料的启发，梯度结构已经被广泛引入到新型金属结构材料的设计与开发中，以期实现其整体力学性能的提升。目前，梯度结构金属材料主要是通过塑性变形方法获得，此类制备技术存在一些不可避免的局限，如梯度结构的分布形式难以精确控制。专利文献CN104862748A公布了一种晶粒尺度梯度金属镍及其可控制备方法，此方法通过连续调控电流密度和添加剂(糖精钠)浓度，实现了晶粒尺寸梯度结构金属镍的可控制备。但是，该方法仅关注了晶粒尺寸梯度，尚未涉及化学成分梯度的制备与控制。

相较于纯金属镍，镍基合金具有更广泛的工业应用背景。例如，均质纳米结构镍钨合金因其具备优异的耐蚀性能，高硬度以及高耐磨性受到了广泛关注，在电子、化工、机械等工业中都有相关的应用。然而，在高速、重载等严苛工况下，均质纳米结构镍钨合金因其脆性极易在整个厚度方向开裂，对结构件的服役寿命十分不利，限制了镍钨合金的应用范围。受限于制备工艺，目前尚未在镍钨合金中实现晶粒尺寸和化学成分的连续变化，且晶粒尺寸的整个变化区间较窄，仍处于纳米量级，导致整体材料的塑/韧性依然较差。因而，可以设想，如果在镍钨合金中制备出由微米级粗晶逐渐过渡到纳米晶的晶粒梯度(晶粒尺寸变化范围更宽)与钨含量逐渐上升的成分梯度，且梯度分布形式精确可控，即可在更大的尺度空间调控整体材料的性能，从而避免其塑/韧性较差的缺点，进一步拓展镍钨合金的应用范围。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种梯度结构镍钨合金、制备方法及新型层状结构以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种梯度结构镍钨合金的制备方法，其包括如下步骤：采用电化学沉积技术，以镍为消耗性阳极，利用计算机控制电流密度和电镀液中的添加剂浓度随时间的变化，在直流电流的作用下沉积形成同时具有化学成分梯度与晶粒尺寸梯度的梯度结构镍钨合金；添加剂包括钨酸盐和糖精钠，其中钨酸盐提供了镍钨合金镀层中的钨元素，而糖精钠可以优化镀层的内应力。

阳极选自纯度99％的镍板。阴极选自钛、铜、钢或镍。

本发明提供的制备方法利用电化学沉积技术，通过计算机调控电沉积参数，可以在镍钨合金中制备出不同分布形式的由微米级粗晶向纳米晶过渡的晶粒尺寸梯度和钨含量逐渐上升的成分梯度，实现晶粒尺寸梯度与化学成分梯度的双重复合。

在本发明应用较佳的实施例中，上述电流密度从10-20mA/cm²逐步增加至50-100mA/cm²。

在其他实施方式中，控制电流密度在10-20mA/cm²保持1-1.5h，再将电流密度在1.5-2h内匀速增大至30mA/cm²，然后在1-1.2h内将电流密度匀速增加至50-55mA/cm²，再在1.6-1.7h内将电流密度匀速增加至80-85mA/cm²，保持电流密度在80-85mA/cm²沉积0.5-0.6h。

在本发明应用较佳的实施例中，上述钨酸盐为钨酸钠或钨酸铵。