[发明专利]镨化合物作为镍沉积层晶粒细化剂中的应用

说明书

本发明公开了一种镨化合物作为镍沉积层晶粒细化剂中的应用；本发明通过将镨化合物作为细化剂能够更好的细化镍沉积层的晶粒大小，镍沉积层的晶粒大小平均尺寸最低可达0.44μm。

技术领域

本发明涉及镍沉积层晶粒细化技术领域，具体涉及一种镨化合物作为镍沉积层晶粒细化剂中的应用。

背景技术

目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒。细化晶粒的方法按照细化手段可以分为物理和化学两大类。物理方法主要包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂。其中添加化学细化剂是通过加入细化剂或者叫孕育剂，增加外来结晶核心，使晶粒细化。添加变质剂是通过加入变质剂改善合金的共晶组织形态或者第二相的形态而细化。

一般而言，稀土产品的应用是由稀土元素及其化合物的性质决定的。稀土元素的最外两电子层的结构基本相同，都是[ns]²[(n-l)s]²[(n-1)p]⁶[(n-l)d]^m(m＝l或0)，它们与别的元素化合时，通常是失去最外层的2个S电子，次外层的一个d电子(无d电子的失去一个f4电子)，所以正常价态为+3价。人们在研究稀土金属在碳素钢或合金钢和有色合金中的作用机理时发现，稀土元素能使金属和合金的晶粒急剧细化，稀土元素的原子半径在1.74到2.04之间，比铁原子半径(1.24)大，它很容易填补生长中的铁及其合金的晶粒新相的表面缺陷，生成能阻碍晶粒继续生长的膜，从而使晶粒细化。

稀土元素属于良好的变质剂。所谓变质就是指加入的合金元素在凝固过程中靠自身形貌或性能的变化而影响晶体生长的现象。在合金中，第二相晶体有三种基本形态，即粒状球状、点状和块状等，棒状条状、纤维状等和片状。不同的合金中第二相晶体的结构不同，它们的自然生长形态也不同,而又是晶体的自然生长形态恰恰是人们不希望得到的弱化合金性能的形状，必须通过变质处理改变，获得所需要的第二晶体形态。有变质细化能力的合金元素如稀土、Ca、Sr、Ti等，偏析能力良好，导致枝晶生长的液一固界面前沿产生成分过冷区，从而阻碍了枝晶的生长。用化学方法细化，由于其效果稳定、作用快、操作方便、适应性强，是目前使用最广泛的细化方法。当下对稀土元素细化作用的研究主要集中于合金熔体的添加。传统的合金熔体晶粒细化，按照细化手段可以分为物理和化学两大类。物理方法主要包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法。化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂。其中稀土元素往往作为细化剂或变质剂被广泛使用。

在不同的合金中添加不同含量、不同种类的稀土元素，可以得到晶粒细化的效果，从而增强合金的一些力学性能。例如稀土元素Gd在A357合金中的添加可以细化晶粒并减小二次枝晶间距。向过共晶Al-20％Si合金中添加稀土Er。当Er的含量为1％时，微观组织细化效果最明显，初生硅尺寸最小，抗拉强度和伸长率最高。对Al-18％Si-10％Mg合金，随着稀土元素Ce的添加，初生的Mg₂Si颗粒由粗大十字状或者不规则的多面体转变成为细小规则的块状，初生硅和共晶硅颗粒的尺寸也减小。稀土元素Y、Nd的加入使Mg-Al-CaY-bNd(a＝0、0.5、1、1.5，b＝0、0.5、1、1.5)合金组织得到不同程度的细化，分布更加均匀。混合稀土元素Y和Nd的加入能明显地提高合金力学性能。将适量的稀土元素Y、Nd和Gd混合添加到AZ91D镁合金中，AZ91D镁合金的抗拉强度和伸长率都有所提高，晶粒得到了明显的细化。