機(jī)制論文熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度的影響

PAGE本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度的影響學(xué)生姓名：所在院系：機(jī)電學(xué)院所學(xué)專業(yè)：機(jī)制導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：2009年5月

摘要主要研究了熱處理對(duì)鋼材表面化學(xué)鍍鎳磷合金硬度的影響。為了得到一個(gè)沉積速度快、鍍層外觀光亮、與基體結(jié)合力好、硬度高等良好性能的化學(xué)鍍液成分,在參考有關(guān)鍍液組成研究的基礎(chǔ)上,分析了各成份和工藝條件對(duì)沉積速度等性能的影響,利用均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)優(yōu)選出一種較好的鍍液配方,并對(duì)所得到的化學(xué)鍍鎳層采用金相顯微鏡、顯微硬度計(jì)等顯微分析儀器進(jìn)行了外觀、硬度、等方面的性能測(cè)試,對(duì)所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,在分析工藝配方對(duì)鍍層性能的影響時(shí),著重研究了磷含量不同的化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的硬度。結(jié)果表明,隨著鍍層中磷含量的增加,鍍層硬度減小,而且鍍層達(dá)到最高硬度時(shí)的熱處理溫度降低。關(guān)鍵詞:化學(xué)鍍鎳磷合金,工藝配方,均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn),硬度,熱處理EffectofHeatTreatmentonthehardnessofElectrolessNi-PalloyAbstractThispaperstudiedtheheat-treatmentofchemicalNi-platingonsteel.Inordertogetabettercraftformulationondepositspeed,appearanceandrigidity,referencedtheformercraftformula,analyzedeachcompositionandthecraftconditiontosinktheinfluenceofaccumulatethespeed.Agoodcraftformulationwasproposedbytheuniformdesignexperimentandtheexternalappearanceofthelayer,degreeofhardness,thicknessandsinktoaccumulatethespeedwastestedbythegoldmutuallymicroscopeandtheminutedetailsofhardnesstoaccountetc.Underanalyzingtheinfluenceoncraftformulation,HardnesselectrolessNidepositswasemphasized.ResultsshowedthathardnessofelectrolessNidepositsreducedwithincreaseofphosphoruscontent,andtemperatureofheat-treatmentdecreasedforreachinghighesthardness.Keywords:ChemicalNi-plating,CraftFormula,UniformDesignExperiment,Hardness,Heat-treatment目錄1緒論 11.1化學(xué)鍍鎳磷合金的原理 11.2鍍鎳磷合金鍍層在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 11.3研究熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度影響的目的和意義 22實(shí)驗(yàn)部分 22.1主要試劑和儀器 22.2基體材料與工藝流程 32.3鍍液中各成分的作用及工藝條件的影響 32.3.1鎳鹽 32.3.2還原劑 32.3.3絡(luò)合劑 42.3.4緩沖劑 42.3.5增效劑 42.3.6溫度 42.3.7PH值 53研究方法 53.1均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 53.2計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比試驗(yàn) 53.3性能測(cè)定 53.3.1顯微硬度的測(cè)定 53.3.2鍍層熱處理 53.3.3鍍層的XPS分析 63.4實(shí)例分析 64結(jié)果與討論 124.1鎳磷合金鍍層的表面形貌 134.2熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層顯微硬度的影響 135結(jié)論 16參考文獻(xiàn) 18致謝 201緒論1.1化學(xué)鍍鎳磷合金的原理化學(xué)鍍鎳磷合金的原理其主要反應(yīng)為應(yīng)用次亞磷酸鈉還原鎳離子為金屬鎳，即在水溶液中鎳離子和次亞磷酸陰離子碰撞時(shí)，由于鎳觸媒作用析出原子態(tài)氫，而原子態(tài)氫又被催化金屬吸附并使之活化，把水溶液中的鎳離子還原為金屬鎳形成鍍層，另外次亞磷酸陰離子由于在催化表面析出原子態(tài)氫的作用，被還原成活性磷，與鎳結(jié)合形成Ni-P合金鍍層鍍層表面呈光亮或半光亮型，主要成分是鎳磷（非晶態(tài)或微晶）合金，具有以下顯著特征：①高硬度和高耐磨性，鍍層硬度為HV4900-5880Mpa（HRC49-55），400℃熱處理為HV9800-10780MPa（HRC69-72）。試驗(yàn)表明，在干燥和潤(rùn)滑的情況下，具有相當(dāng)于硬鉻的耐磨性。因此，可用它來(lái)代替高合金材料和硬鉻鍍層。②優(yōu)良的抗蝕性，鍍層在鹽、堿、氨和海水中有很好的抗蝕性。50-125um鍍層可用作船舶或石油鉆井平臺(tái)上的零件，以抵抗海洋性氣候的腐蝕。③高均鍍性，即有很好的“仿型性”，鍍覆任意形狀的工件尺寸，控制可在微米級(jí)以下，鍍后無(wú)須研磨。在盲孔、管件、深孔及縫隙的內(nèi)表面可得到均勻鍍層。④高結(jié)合力和自潤(rùn)滑，鍍層孔隙少、致密、表面光潔。⑤可沉積在金屬（鋼鐵、鎳基合金及鋁基合金）和非金屬（玻璃、陶瓷和塑料）表面上，即在導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體上均可沉積?？墒瑰儗泳哂刑厥獾奈锢?、化學(xué)和機(jī)械性能。⑥熱處理溫度低，在400℃以下經(jīng)不同保溫時(shí)間后，可得到不同的硬度值。因此，它不存在熱處理變形的問題，特別適用于加工一些精度要求高、形狀復(fù)雜、表面要求耐磨的零部件和工模具等。⑦無(wú)滲透性的限制，適用于大型、形狀復(fù)雜的零部件和工模具的表面強(qiáng)化。例如，機(jī)械制造和汽車制造工業(yè)中的大型拉延模，由于滲透性限制，無(wú)法用熱處理方法強(qiáng)化。⑧鍍層厚度可控，一般為15-20um/h.?？捎糜谛迯?fù)零件和工模具因磨削加工或磨損而引起的尺寸超差，使報(bào)廢零件復(fù)用。⑨化學(xué)鍍鎳不需要特殊和昂貴的工藝裝備，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，工藝過(guò)程溫度低。很適宜用在中、小工廠單件或批量生產(chǎn)。1.2鍍鎳磷合金鍍層在國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀化學(xué)鍍鎳磷合金發(fā)展至今大約經(jīng)過(guò)了50年,可分為4個(gè)發(fā)展階段:1最原始鍍液的組成是鎳鹽、還原)劑,鍍液極不穩(wěn)定,無(wú)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值;2鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑,鍍液的穩(wěn)定性有所提高,進(jìn)入了實(shí)用性階段;3鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑和穩(wěn)定劑,鍍液的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高,進(jìn)入了工業(yè)化應(yīng)用階段;4鍍液的組成是鎳鹽、還原劑、絡(luò)合劑、穩(wěn)定劑、促進(jìn)劑、緩沖劑、光亮劑、潤(rùn)濕劑等,鍍液的性能進(jìn)一步改善,工業(yè)應(yīng)用進(jìn)一步推廣。20世紀(jì)80年代以來(lái),由于化學(xué)鍍鎳磷合金的技術(shù)不斷進(jìn)步,使鍍液的使用壽命延長(zhǎng),成本下降,基本實(shí)現(xiàn)鍍液的自動(dòng)控制,化學(xué)鍍鎳磷合金得以工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。現(xiàn)在幾乎難以找到一個(gè)工業(yè)部門不需要采用化學(xué)鍍鎳技術(shù)。20世紀(jì)80年代末,歐美各國(guó)相繼建成了幾十條化學(xué)鍍鎳磷合金生產(chǎn)線,加工產(chǎn)值已達(dá)30億美元。我國(guó)化學(xué)鍍起步較晚,在工業(yè)應(yīng)用方面還存在不少問題,如鍍液不夠穩(wěn)定,沉積速度慢,使用周期短,成本高等。近年來(lái),我國(guó)加快了化學(xué)鍍鎳技術(shù)研究,化學(xué)鍍鎳技術(shù)水平和應(yīng)用發(fā)展迅速,通過(guò)不斷地研究與探索,一些技術(shù)問題逐步得到解決,化學(xué)鍍鎳技術(shù)在我國(guó)的工業(yè)應(yīng)用日益廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國(guó)化學(xué)鍍鎳已有300多家,最大單槽鍍液已達(dá)38m,為亞洲之最。國(guó)外知名品牌化學(xué)鍍鎳濃縮液也紛紛進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),21世紀(jì)的化學(xué)鍍鎳將進(jìn)入一種更加成熟、更加蓬勃發(fā)展的時(shí)期。1.3研究熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度影響的目的和意義由于優(yōu)良的耐腐蝕性、耐磨性和其它性能以及電鍍法無(wú)可比擬的均鍍能力等方面的特點(diǎn)，化學(xué)鍍鎳磷非晶態(tài)合金在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用。但是，由于化學(xué)鍍鎳磷合金特殊的加工工藝過(guò)程和鍍層性能，迄今為止，人們不僅對(duì)鎳磷合金鍍層的反應(yīng)沉積過(guò)程了解不甚清楚，同時(shí)對(duì)影響鎳磷合金鍍層性能的諸多因素也考察不夠。目前石油工業(yè)對(duì)鎳磷合金鍍層的應(yīng)用抱有濃厚的興趣，尤其希望將其應(yīng)用到油田集輸管道，以解決近年來(lái)高礦化度、H2S、CO2和細(xì)粉砂對(duì)集輸管道造成的強(qiáng)烈的腐蝕、沖刷腐蝕損壞。而集輸管道應(yīng)用化學(xué)鍍鎳磷合金技術(shù)的難點(diǎn)，除了施鍍工藝技術(shù)外，還在于鍍覆后熱處理對(duì)硬度的影響問題。熱處理過(guò)程對(duì)鎳磷合金鍍層的硬度有何種影響？熱處理的時(shí)間與溫度對(duì)鎳磷合金鍍層組織結(jié)構(gòu)的影響是極為復(fù)雜的。因此，深入了解熱處理過(guò)程中的溫度和時(shí)間組合條件對(duì)鎳磷合金鍍層性能的影響很有必要。本文通過(guò)熱處理的時(shí)間和溫度的不同情況，研究鎳磷合金鍍層硬度的變化規(guī)律。2實(shí)驗(yàn)部分2.1主要試劑和儀器試驗(yàn)所用的主要試劑：硫酸鎳,醋酸鈉,檸檬酸,次磷酸鈉,醋酸，氨水,十二烷基苯磺酸鈉等,均為化學(xué)純（C.P.）。實(shí)驗(yàn)所用儀器：BT-B電子天平（測(cè)量化學(xué)藥品重量，精度為0.01g）；PHB系列筆型pH計(jì)；DZKW-D-2型電熱恒溫水浴鍋(為試驗(yàn)提供所需溫度)一列二孔;顯微硬度計(jì)，箱式熱處理爐。2.2基體材料與工藝流程本試驗(yàn)采用A3碳鋼作為基體材料,試片規(guī)格為50mm×20mm×5mm。工件--除油除銹--水洗—蒸餾水浸洗--鍍鎳--水洗--蒸餾水浸洗—烘干—拋光--檢測(cè)—熱處理—冷卻--檢測(cè)施鍍前需除盡工件表面的油污和銹漬,鍍前用弱堿性的碳酸鉀或氨水稀溶液預(yù)浸工件,以防止工件表面再次出現(xiàn)浮銹。施鍍過(guò)程中需適當(dāng)攪拌,以提高鍍層的均勻性和致密度,降低孔隙率。工藝條件包括鍍液成分是化學(xué)鍍鎳過(guò)程中極為重要的影響因素,必須嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)的要求來(lái)進(jìn)行:(1)溫度要求嚴(yán)格控制在85±1℃;(2)pH值要求控制在4.6～5.0的范圍之內(nèi);(3)試樣入鍍的總面積應(yīng)在0.5～1dm2·L-1之間;(4)試樣每9塊,施鍍時(shí)間2h。2.3鍍液中各成分的作用及工藝條件的影響2.3.1鎳鹽常用的有硫酸鎳和氯化鎳兩種。硫酸鎳價(jià)格適中，易制成高純度級(jí)的試劑，應(yīng)用較廣。在鍍覆過(guò)程中，鎳鹽的耗量較大，須適量補(bǔ)充。而鍍液的反應(yīng)速度并不是隨鎳鹽濃度的增加而相應(yīng)加快。實(shí)驗(yàn)證明；在通常的濃度范圍內(nèi)，鎳鹽與次亞磷酸鹽的濃度比為0．4：1時(shí)，鎳的沉積速度最佳。如果鎳鹽濃度過(guò)低，反應(yīng)速度慢，難以達(dá)到鍍覆要求。反之濃度過(guò)高，導(dǎo)致一部分鎳離子游離在鍍液中，降低鍍液的穩(wěn)定性，容易形成粗糙鍍層，甚至導(dǎo)致鍍液分解，析出鎳沉淀于鍍槽底部。因此，必須保持鍍液中鎳鹽的適當(dāng)含量并在工藝過(guò)程中準(zhǔn)確分析和適當(dāng)補(bǔ)充鎳鹽的含量。2.3.2還原劑化學(xué)鍍鎳磷是一個(gè)自催化反應(yīng)的過(guò)程，其中還原劑是必不可少的成份。通常的酸性鍍液用次亞磷酸鈉來(lái)還原鎳鹽中的鎳離子，其本身則分解出磷原子，并以Ni。P化合物形式存在于鍍層中。同時(shí)，一部分則被氧化為亞磷酸鈉。對(duì)鍍液而言，亞磷酸鈉是十分有害的反應(yīng)產(chǎn)物，它會(huì)與鍍液中的鎳離子形成溶解度很小的亞磷酸鎳沉淀，使鍍液分解老化而失效，因此必須嚴(yán)格控制鍍液中亞磷酸鹽的含量。各種試驗(yàn)都表明，主鹽(鎳鹽和次亞磷酸鹽)濃度比對(duì)鍍液的沉積速度、鍍層的含磷量有直接影響。通過(guò)對(duì)鍍液老化的分析可知，為降低鍍液的成本，鍍液的再利用是可行的。只要消除并控制鍍液中不斷產(chǎn)生的亞磷酸鹽，同時(shí)適當(dāng)補(bǔ)充主鹽，就能使老化的鍍液再生，重新得以使用。2.3.3絡(luò)合劑隨著反應(yīng)的進(jìn)行，亞磷酸鹽將不再生成。當(dāng)亞磷酸鹽的含量高達(dá)一定程度時(shí)就會(huì)有亞磷酸鎳沉淀析出，這是促使鍍液自然分解的一個(gè)主要原因。為了避免沉淀產(chǎn)生，就要在鍍液中添加能有效地降低鎳離子含量的絡(luò)合劑。其作用就是與鎳離子形成絡(luò)合陰離子，從而降低鍍液中游離的鎳離子濃度，增加鍍液的穩(wěn)定性。常用的絡(luò)合劑有乳酸、乙醇酸(羥基乙酸)、蘋果酸、氨基乙酸(甘氨酸)和檸檬酸等多種，其中有的還具有緩沖劑的作用。它們的含量增加時(shí)，通常能提高鍍液的穩(wěn)定性，但同時(shí)也降低鍍液的沉積速度。作為絡(luò)合劑的各種有機(jī)酸與鎳離子形成的絡(luò)合陰離子的穩(wěn)定性各不相同。由于絡(luò)合反應(yīng)所具有的雙重作用，所以對(duì)絡(luò)合劑的選擇和加入量的控制必須慎重。絡(luò)合劑的穩(wěn)定性愈高，沉積速度愈慢，反之亦然。實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)絡(luò)合劑的濃度相等時(shí)，以乳酸為絡(luò)合劑的鍍液其沉積速度最快；而以檸檬酸為絡(luò)合劑的鍍液，其沉積速度則最慢。2.3.4緩沖劑鍍液中加入緩沖劑，是為了防止在沉積反應(yīng)過(guò)程中由于鍍液PH值的劇烈變化而造成沉積速度的不穩(wěn)定。緩沖劑中的陰離子可與沉積反應(yīng)過(guò)程中所生成的氫離子結(jié)合成為電離度很小的弱酸分子，故而能控制鍍液PH值的劇烈變化。作為絡(luò)合劑加入的有機(jī)酸。在具有絡(luò)合作用的同時(shí)，也具有一定的緩沖作用。緩沖劑的濃度，會(huì)影響鍍液的沉積速度。實(shí)驗(yàn)表明，30g／L次亞磷酸鈉和乙酸鈉為20g／L、log／L的鍍液，在其他成份和工藝條件相同的情況下，沉積速度分別為17．5tan／h和14tan／h。此外，即使加入了緩沖劑，在鍍復(fù)過(guò)程中鍍液的PH值也會(huì)降低。因此，必須經(jīng)常測(cè)定鍍液的PH值，并用氨水或氫氧化鈉溶液來(lái)校正。2.3.5增效劑隨著鍍液組份的不斷完善，目前在鍍液中常加入一些增效劑。實(shí)際表明，含有丁二酸鈉(丁二酸)或氟化鈉的鍍液，比不含這類物質(zhì)的鍍液沉積速度要快些，鍍液穩(wěn)定性也高。實(shí)際上，各種有機(jī)羧酸或大或小都具增效作用，而僅含硼酸為緩沖劑的鍍液，沉積速度很慢。2.3.6溫度化學(xué)鍍鎳過(guò)程中，溫度是影響反應(yīng)活化能的主要參數(shù)。酸性化學(xué)鍍鎳有一個(gè)起鍍溫度，當(dāng)溫度低于30℃時(shí)，鍍液不發(fā)生反應(yīng)，高于50℃之后，才有明顯的鍍層沉積。一般化學(xué)鍍鎳液的工作溫度為85--95℃。溫度過(guò)低，反應(yīng)停止；溫度過(guò)高，鍍液不穩(wěn)定，容易分解。鍍層中磷含量隨鍍液溫度上升而下降。鍍層內(nèi)磷含量過(guò)高時(shí)，雖鍍層硬度上升，但是鍍層容易脫落。2.3.7PH值隨鍍液PH值的提高，沉積速度加快，亞磷酸鹽的溶解度降低，容易引起鍍液的自分解發(fā)生，如果鍍液PH值過(guò)高，則次磷酸鹽氧化成亞磷酸鹽的反應(yīng)加快，而催化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為自發(fā)性反應(yīng)，使鍍液很快失效。PH值增加，鍍層中磷含量有所下降。PH值太低時(shí)反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行，比如酸性鍍液，當(dāng)PH<3時(shí)就很難沉積出鍍層。3研究方法3.1均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要獲得光亮性好的鍍層,鍍液組成是關(guān)鍵。我們采用根據(jù)數(shù)論提出的一種新型試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法-均勻設(shè)計(jì)法,該方法特別適用于多因素多水平的試驗(yàn)。數(shù)學(xué)家們已經(jīng)編制出各種水平數(shù)和各種因子數(shù)的均勻設(shè)計(jì)表及其使用表。根據(jù)擬訂實(shí)驗(yàn)的因素個(gè)數(shù)和水平數(shù)選擇所需要的均勻表并編制出試驗(yàn)設(shè)計(jì)表,按表中的比例配制鍍液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。3.2計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比試驗(yàn)由于均勻試驗(yàn)中每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的代表性非常高,一兩個(gè)不正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就會(huì)造成結(jié)果與理論值較大的偏差,所以必須保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。采用計(jì)算機(jī)解出的最優(yōu)配方進(jìn)行試驗(yàn),若得出的結(jié)果在所有結(jié)果中是單調(diào)上升或單調(diào)下降的邊緣值,說(shuō)明最佳值可能還不在試驗(yàn)范圍內(nèi),需要對(duì)各因素的水平值進(jìn)行擴(kuò)展后再進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)計(jì)算機(jī)解出的最后結(jié)果又必須用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,如果該配方所獲得的評(píng)定函數(shù)Y值是實(shí)驗(yàn)中的最高值,此結(jié)果即為最佳配方,若Y值不是最高,實(shí)驗(yàn)需要重新進(jìn)行,直到計(jì)算機(jī)解出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值一致為止。3.3性能測(cè)定3.3.1顯微硬度的測(cè)定采用顯微硬度計(jì)測(cè)定鍍層的顯微硬度,要求鍍層厚度大于25μm,載荷50g,保持載荷時(shí)間10s，每個(gè)試片測(cè)5個(gè)點(diǎn),取其平均值。3.3.2鍍層熱處理采用箱式熱處理爐,將箱式熱處理爐調(diào)定到指定溫度，然后升溫,在指定溫度下保溫,冷卻。3.3.3鍍層的XPS分析分別將不同含磷量的化學(xué)鍍鎳磷合層在堿性溶液中浸泡15天,進(jìn)行XPS分析,所用設(shè)備為X射線光電子能譜儀(XPS)。3.4實(shí)例分析本次實(shí)驗(yàn)采用一個(gè)指標(biāo)（硬度）兩個(gè)因素（溫度、時(shí)間）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)分為四組（06-406-506-606-7），每組9個(gè)樣品。運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)建立數(shù)學(xué)模型、對(duì)回歸方程進(jìn)行優(yōu)化處理、優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證、采用多次回歸分析計(jì)算結(jié)果，下面以06-6為例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：06-6試驗(yàn)基本信息指標(biāo)數(shù):１,因素個(gè)數(shù):２,運(yùn)行次數(shù):９試驗(yàn)設(shè)計(jì)選用均勻設(shè)計(jì)表Ｕ9*(94)各因素水平數(shù)相等指標(biāo)名稱:硬度單位:HV因素１名稱:溫度單位:℃因素２名稱:時(shí)間單位:h多元回歸分析回歸分析采用后退法,顯著性水平α＝0.10擬建立回歸方程:ｙ=b(0)+b(1)*Ｘ(1)+b(2)*Ｘ(2)+b(3)*Ｘ(1)*Ｘ(1)+b(4)*Ｘ(1)*Ｘ(2)+b(5)*Ｘ(2)*Ｘ(2)回歸系數(shù)b(i):b(0)＝151b(1)＝4.00b(2)＝-77.3b(3)＝-5.23e-3b(4)＝0.211b(5)＝-1.81標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)B(i):B(1)＝5.61B(2)＝-1.08B(3)＝-5.91B(4)＝1.51B(5)＝-0.155復(fù)相關(guān)系數(shù)Ｒ＝0.9697決定系數(shù)Ｒ^2＝0.9403修正的決定系數(shù)Ｒ^2a＝0.8806回歸方程顯著性檢驗(yàn):變量分析表變異來(lái)源|平方和|自由度|均方|均方比回歸|Ｕ＝7.19e+4|Ｋ＝5|Ｕ/Ｋ＝1.44e+4|Ｆ＝9.450剩余|Ｑ＝4.56e+3|Ｎ－１－Ｋ＝3|Ｑ/(Ｎ－１－Ｋ)＝1.52e+3|總和|Ｌ＝7.64e+4|Ｎ－１＝8||樣本容量Ｎ＝９,顯著性水平α＝0.10,檢驗(yàn)值Ｆt＝9.450,臨界值Ｆ(0.10,5,3)＝5.309,Ｆt＞Ｆ(0.10,5,3),回歸方程顯著。剩余標(biāo)準(zhǔn)差ｓ＝39.0回歸系數(shù)檢驗(yàn)值:ｔ檢驗(yàn)值(df＝3):ｔ(1)＝5.225ｔ(2)＝-0.8637ｔ(3)＝-5.093ｔ(4)＝1.874ｔ(5)＝-0.1767Ｆ檢驗(yàn)值(df1＝1,df2＝3):Ｆ(1)＝27.30Ｆ(2)＝0.7459Ｆ(3)＝25.94Ｆ(4)＝3.511Ｆ(5)＝3.124e-2偏回歸平方和U(i):U(1)＝4.15e+4U(2)＝1.13e+3U(3)＝3.95e+4U(4)＝5.34e+3U(5)＝47.5偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,2345＝0.9492ρ2,1345＝-0.4462ρ3,1245＝-0.9467ρ4,1235＝0.7343ρ5,1234＝-0.1015各方程項(xiàng)對(duì)回歸的貢獻(xiàn)(按偏回歸平方和降序排列):U(1)＝4.15e+4,U(1)/U＝57.8%U(3)＝3.95e+4,U(3)/U＝54.9%U(4)＝5.34e+3,U(4)/U＝7.43%U(2)＝1.13e+3,U(2)/U＝1.58%U(5)＝47.5,U(5)/U＝6.61e-2%第５方程項(xiàng)[Ｘ(2)*Ｘ(2)]對(duì)回歸的貢獻(xiàn)最小,對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn):檢驗(yàn)值Ｆ(5)＝3.124e-2,臨界值Ｆ(0.10,1,3)＝5.538,Ｆ(5)≤Ｆ(0.10,1,3),此方程項(xiàng)不顯著,需要剔除。第１次剔除不顯著方程項(xiàng),新建回歸方程繼續(xù)計(jì)算:回歸方程:ｙ=b(0)+b(1)*Ｘ(1)+b(2)*Ｘ(2)+b(3)*Ｘ(1)*Ｘ(1)+b(4)*Ｘ(1)*Ｘ(2)回歸系數(shù)b(i):b(0)＝177b(1)＝3.96b(2)＝-91.2b(3)＝-5.20e-3b(4)＝0.218標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)B(i):B(1)＝5.55B(2)＝-1.28B(3)＝-5.88B(4)＝1.57復(fù)相關(guān)系數(shù)Ｒ＝0.9694決定系數(shù)Ｒ^2＝0.9397修正的決定系數(shù)Ｒ^2a＝0.9035回歸方程顯著性檢驗(yàn):變量分析表變異來(lái)源|平方和|自由度|均方|均方比回歸|Ｕ＝7.18e+4|Ｋ＝4|Ｕ/Ｋ＝1.80e+4|Ｆ＝15.58剩余|Ｑ＝4.61e+3|Ｎ－１－Ｋ＝4|Ｑ/(Ｎ－１－Ｋ)＝1.15e+3|總和|Ｌ＝7.64e+4|Ｎ－１＝8||樣本容量Ｎ＝９,顯著性水平α＝0.10,檢驗(yàn)值Ｆt＝15.58,臨界值Ｆ(0.10,4,4)＝4.107,Ｆt＞Ｆ(0.10,4,4),回歸方程顯著。剩余標(biāo)準(zhǔn)差ｓ＝34.0回歸系數(shù)檢驗(yàn)值:ｔ檢驗(yàn)值(df＝4):ｔ(1)＝6.297ｔ(2)＝-2.447ｔ(3)＝-5.891ｔ(4)＝2.410Ｆ檢驗(yàn)值(df1＝1,df2＝4):Ｆ(1)＝39.65Ｆ(2)＝5.988Ｆ(3)＝34.70Ｆ(4)＝5.808偏回歸平方和U(i):U(1)＝4.57e+4U(2)＝6.90e+3U(3)＝4.00e+4U(4)＝6.69e+3偏相關(guān)系數(shù)ρ(i):ρ1,234＝0.9531ρ2,134＝-0.7743ρ3,124＝-0.9469ρ4,123＝0.7695各方程項(xiàng)對(duì)回歸的貢獻(xiàn)(按偏回歸平方和降序排列):U(1)＝4.57e+4,U(1)/U＝63.6%U(3)＝4.00e+4,U(3)/U＝55.7%U(2)＝6.90e+3,U(2)/U＝9.61%U(4)＝6.69e+3,U(4)/U＝9.32%第４方程項(xiàng)[Ｘ(1)*Ｘ(2)]對(duì)回歸的貢獻(xiàn)最小,對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn):檢驗(yàn)值Ｆ(4)＝5.808,臨界值Ｆ(0.10,1,4)＝4.545,Ｆ(4)＞Ｆ(0.10,1,4),此方程項(xiàng)顯著。殘差分析:殘差分析表№|觀測(cè)值|回歸值|觀測(cè)值－回歸值|(回歸值－觀測(cè)值)/觀測(cè)值×100(%)１|677|666|11.0|-1.62２|677|714|-37.0|5.47３|795|769|26.0|-3.27４|908|904|4.00|-0.441５|946|918|28.0|-2.96６|908|938|-30.0|3.30７|857|876|-19.0|2.22８|874|855|19.0|-2.17９|841|841|0.00|0.00回歸分析結(jié)束試驗(yàn)條件優(yōu)化試驗(yàn)優(yōu)化方法:單純形法條件優(yōu)化設(shè)置列表因素|上界|下界|初始值|初始步幅|初始步長(zhǎng)|收斂系數(shù)１|600.0|200.0|400.0|1.0e-2|4.000|1.0e-3２|5.000|1.000|3.000|1.0e-2|4.000e-2|優(yōu)化的試驗(yàn)條件因素|最優(yōu)條件|預(yù)期指標(biāo)最大值１|424.0|926(±72.4)２|3.000|試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)束4結(jié)果與討論4.1鎳磷合金鍍層的表面形貌采用掃描電鏡對(duì)鍍層形貌進(jìn)行觀察，所得SEM照片如圖1所示。圖1化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層的SEM圖用掃描電鏡測(cè)定化學(xué)鍍鎳的表面行貌，如圖1所示。由圖可觀察到胞狀結(jié)構(gòu)，顆粒大小在1--8μm范圍內(nèi)，鍍層比較均勻、致密。4.2熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層顯微硬度的影響對(duì)鍍層的磷含量進(jìn)行測(cè)定,測(cè)得4種工藝所得鍍層的平均磷含量分別為10.88%,10.06%,13.90%,13.13%，分別見表1、表2、表3、表4。由實(shí)驗(yàn)可得,隨著鍍層中磷含量的增加,其硬度會(huì)相應(yīng)減小。這主要是因?yàn)殒嚭土啄苄纬珊椎倪^(guò)飽和置換固溶體,當(dāng)磷含量較低(<4%)時(shí),鍍層呈微晶結(jié)構(gòu),鍍層中只有含磷的β2Ni固溶體晶粒,而不存在無(wú)定型ν相,因而具有較高的塑性變形抗力,從而表現(xiàn)出較高的硬度;當(dāng)磷含量升高時(shí),開始出現(xiàn)ν相,并存在于β2Ni相晶粒的晶界間,晶格受到擾亂,此時(shí)原子排列無(wú)序,因此受力時(shí)容易滑動(dòng),抵抗局部塑性變形能力弱,從而表現(xiàn)出低硬度,同時(shí)沉積層轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)結(jié)構(gòu)。4種鍍層的X射線衍射圖見圖2、圖3、圖4、圖5。從圖中可以看出,高磷鍍層表現(xiàn)出非晶態(tài)特征,而低磷鍍層衍射峰較窄,表現(xiàn)出晶態(tài)特征；高、低磷含量的4種鍍層具有最高硬度時(shí)的熱處理溫度依次升高。例如含磷量為13.90%的合金鍍層在424℃下熱處理3小時(shí)的硬度最高可達(dá)到HV926。06-4表1元素重量原子百分比百分比PK10.8818.79NiK89.1281.21總量100.00圖2鍍層鎳磷含量能譜圖06-5表2元素重量原子百分比百分比PK10.0617.50NiK89.9482.50總量100.00圖3鍍層鎳磷含量能譜圖06-6表3元素重量原子百分比百分比PK13.9023.43NiK86.1076.57總量100.00圖4鍍層鎳磷含量能譜圖06-7表4元素重量原子百分比百分比PK13.1322.27NiK86.8777.73總量100.00圖5鍍層鎳磷含量能譜圖5結(jié)論①化學(xué)鍍鎳磷合金鍍層具有最高硬度的熱處理溫度隨著磷含量降低而升高,例如含磷量為13.90%的合金鍍層在424℃下熱處理3小時(shí)的硬度最高可達(dá)到HV926。②熱處理有利于改善鍍層的顯微硬度。當(dāng)熱處理溫度低于300℃時(shí)，鍍層的硬度與鍍態(tài)相近。當(dāng)溫度超過(guò)300℃時(shí)，鍍層的硬度隨熱處理溫度的升高而明顯升高。③均勻設(shè)計(jì)讓我們用不多的試驗(yàn)就尋找到了化學(xué)鍍鎳磷合金的優(yōu)化組成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該結(jié)果在試驗(yàn)范圍內(nèi)確實(shí)是最優(yōu)的,大大減少了試驗(yàn)的工作量,為其他方法所不及。在化學(xué)鍍工藝中,在進(jìn)行工藝的改進(jìn)或新鍍種的開發(fā)時(shí),往往需要進(jìn)行多因素多水平值的試驗(yàn),工作量非常大,而均勻設(shè)計(jì)給我們提供了一個(gè)效率高、準(zhǔn)確性高的科學(xué)試驗(yàn)方法,讓我們獲得事半功倍的效果。④本次試驗(yàn)雖然獲得了優(yōu)化條件和熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度的影響因素，但是仍存在存在許多問題和不足，鍍層不夠均勻，影響因素不太顯著。結(jié)果也不盡人意，通過(guò)本次的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，下一步將對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程作進(jìn)一步的思考，找出原因，進(jìn)一步更精確的找出熱處理工藝對(duì)鎳磷合金鍍層硬度的影響。參考文獻(xiàn)[1]李金桂.材料的表面改性與涂鍍技術(shù)的新發(fā)展[J].先進(jìn)制造與材料應(yīng)用技術(shù),1998（6）:1～31[2]李寧.化學(xué)鍍實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004,1～61[3]張冠軍.工業(yè)級(jí)藥品配制化學(xué)鍍鎳溶液的研究及其應(yīng)用[J].表面技術(shù),1993,22（1）:30～32[4]李寧,袁國(guó)偉,黎德育.化學(xué)鍍鎳基合金理論與技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000,89～1031[5]胡信國(guó).21世紀(jì)的化學(xué)鍍鎳技術(shù)[A].第五屆全國(guó)化學(xué)鍍會(huì)議論文集[C].2000.9,1-7.[6]姜曉霞,沈偉.化學(xué)鍍理論及實(shí)踐[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2000.8212.[7]上海市科學(xué)技