專利名稱：：一種獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液和電鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及金屬表面防護(hù)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液和電鍍方法。
背景技術(shù)：
：復(fù)合電鍍又稱分散電鍍，是將固體微粒均勻分散在電鍍液中，制成懸浮液進(jìn)行電鍍，使固體微粒與電鍍基質(zhì)金屬共沉積，從而獲得具有耐磨、自潤(rùn)滑、耐腐蝕、裝飾、電接觸等功能的復(fù)合鍍層。近年來，復(fù)合電鍍技術(shù)發(fā)展極為迅速，已經(jīng)成為現(xiàn)代電鍍技術(shù)中最為活躍的部分。納米復(fù)合電鍍是在普通復(fù)合電鍍的基礎(chǔ)上，使納米尺度在1100nm之間的不溶性固體微粒與金屬離子在陰極表面實(shí)現(xiàn)共沉積，以獲得具有特殊功能的復(fù)合鍍層的一種新型復(fù)合電鍍技術(shù)。由于納米微粒具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性質(zhì)，使得采用納米復(fù)合電鍍技術(shù)制備的復(fù)合鍍層具有許多特殊的性能。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)以Ni、Cr、Co、Ni-Fe、Ni-Co、Ni-P、Ni-B等為基體金屬或合金，添加A1203、SiC、WC、TiC、Zr02、MoS2、Ti02、Si02和金剛石等納米顆粒，制備出了具有高顯微硬度、耐腐蝕、抗高溫氧化和減摩耐磨等性能優(yōu)良的復(fù)合鍍層。例如，添加具有高化學(xué)穩(wěn)定性的Al203納米顆粒獲得的Zn-Ni-A1A復(fù)合鍍層具有良好耐腐蝕性；添加高硬度的Zr02納米顆粒得到的Ni-Zr02復(fù)合鍍層具有比純鎳層高得多的顯微硬度；添加1^203納米顆粒制備的Ni-1^203復(fù)合鍍層的耐磨損性能優(yōu)良。因此，納米復(fù)合電鍍技術(shù)有著廣闊的工程應(yīng)用前景。目前納米復(fù)合電鍍技術(shù)大多數(shù)是采用在電鍍液中添加一種納米顆粒來制備復(fù)合鍍層。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液。本發(fā)明的目的之二是提供一種由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的電鍍方法。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是復(fù)合鍍液的主要組分為4納米氧化釔560g/L納米氧化鋯1070g/LNi(NH2S03)24H20200500g/LNH4C1530g/LH3B031080g/LC12H25S04Na0.055g/L。其中納米氧化釔顆粒的粒徑范圍是4070nm，納米氧化鋯顆粒的粒徑范圍是4575nm。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。步驟a中所述的復(fù)合鍍液主要組分為納米氧化釔560g/L納米氧化鋯1070g/LNi(NH2S03)24H20200500g/LNH4CI530g/LH3B031080g/LC12H25S04Na0.055g/L。其中陰極基體為不銹鋼片或銅片，陽極基體為電解鎳板。電鍍之前，要對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理。復(fù)合電鍍的工藝參數(shù)為pH值35溫度3050°C陰極電流密度28A/dm2。本發(fā)明采用的氧化釔納米顆粒為稀土納米顆粒，具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性以及高透光性，氧化鋯納米顆粒為硬質(zhì)陶瓷納米顆粒，具有高硬度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。稀土納米顆粒集稀土特性和納米顆粒的特性于一體，將其應(yīng)用于復(fù)合電鍍中，可以得到性能優(yōu)異的鍍層，硬質(zhì)陶瓷納米顆?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，本發(fā)明綜合了兩種納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)，制備出了一種新型復(fù)合鍍層。本發(fā)明通過氧化釔和氧化鋯兩種納米顆粒的合理配比促進(jìn)兩種納米顆粒與基質(zhì)金屬的共沉積，大量的納米顆粒進(jìn)入復(fù)合鍍層中充當(dāng)了新的成核點(diǎn)，不僅打斷了基質(zhì)金屬本身的晶體生長(zhǎng)，并且增加了成核速度，致使基質(zhì)金屬的晶粒不斷被打斷而又在新的晶核生長(zhǎng)點(diǎn)重新生長(zhǎng)，從而細(xì)化了復(fù)合鍍層的組織結(jié)構(gòu)。此外，大量納米顆粒的嵌入，使復(fù)合鍍層中納米顆粒有效地阻礙了復(fù)合鍍層內(nèi)部位錯(cuò)的移動(dòng)和微裂紋的擴(kuò)展，對(duì)電結(jié)晶晶界之間的滑移產(chǎn)生了阻礙作用，提高了復(fù)合鍍層顯微硬度和耐磨性。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)該制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，方便推廣應(yīng)用；(2)本發(fā)明制得的復(fù)合鍍層顯微硬度高，減摩耐磨性良好。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。其中選取的納米氧化釔顆粒的粒徑范圍是4070rnn，納米氧化鋯顆粒的粒徑范圍是4575nm。實(shí)施例1按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)2'4H20、NH4Cl、H3BO^nC12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2S03)24H20200g/L，NH4CI15g/L，H3B0325g/L，d2H2sSO4Na0.1g/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢?，配制成含納米氧化釔25g/L，納米氧化鋯30g/L，Ni(NH2SO3)2*4H2O200g/L，NH4C115g/L，H3BO325g/L，C12H25S04Na0.lg/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇不銹鋼片(150rnrnX20mmX2mm)，其中施鍍面積為50mmX20mm,其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為3，溫度為4(TC，陰極電流密度為2A/dm2;d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。實(shí)施例2按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)2'4H20、NH4C1、H3B03和C12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2S03)24H20300g/L，NH4C15g/L，H3B0310g/L，d2H^SO4Na0.5g/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢?，配制成含納米氧化釔40g/L，納米氧化鋯10g/L，Ni(NH2S03)24H20300g/L，NH4C15g/L，H3B0310g/L，C12H25S04Na0.5g/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇銅片(150rnmX20mmX2mm),其中施鍍面積為50mmX20腿，其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為3，溫度為30'C，陰極電流密度為4A/dm2;d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。實(shí)施例3按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)2*4H20、NH4C1、H3B03和C12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2S03)24H2O400g/L，NH4CI25g/L，H3B0365g/L，C12H25S04Na0.05g/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢?，配制成含納米氧化釔10g/L，納米氧化鋯45g/L，Ni(NH2S03)2'4H20400g/L，NH4CI25g/L，H3B0365g/L，C12H25S04Na0.05g/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇不銹鋼片(150mmX20mmX2腿)，其中施鍍面積為50■X20mm，其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為4，溫度為5(TC，陰極電流密度為6A/dm2;d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。實(shí)施例4按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)24H20、NH4Cl、H3B03和C12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2SO3)2'4H2O500g/L，NH4Cl30g/L，H3B0380g/L，C12H25S04Na2g/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢瑁渲瞥珊{米氧化釔60g/L，納米氧化鋯60g/L，Ni(NH2S03)24H20500g/L，NH4CI30g/L，H3B0380g/L，C12H25S04Na2g/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇銅片(150mmX20mmX2mm)，其中施鍍面積為50mrnX20mm，其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為5，溫度為3(TC，陰極電流密度為2A/dm2;d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。實(shí)施例5按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)2MH20、NH4C1、H3B03和C12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2SO3)2'4H2O300g/L，NH4C115g/L，H3B0340g/L，C12H25S04Nalg/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢?，配制成含納米氧化釔50g/L,納米氧化鋯30g/L，Ni(NH2S03)2'4H2O300g/L，NH4CI15g/L，H3B0340g/L，C12H25S04Nalg/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇不銹鋼片(150mmX20mmX2mm)，其中施鍍面積為50mmX20mm，其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為4，溫度為5(TC，陰極電流密度為8A/dm2;d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。實(shí)施例6按計(jì)算好的量稱取Ni(NH2S03)2'4H20、NH4Cl、H3B03和C12H25S04Na，加入一定量的水，配制成Ni(NH2SO3)2'4H2O300g/L，NH4Cl25g/L，H3B0325g/L，d2H2sS04Na5g/L的基礎(chǔ)鍍液；再將稱量好的納米氧化釔和納米氧化鋯均勻混合，添加到基礎(chǔ)鍍液中，充分?jǐn)嚢?，配制成含納米氧化釔5g/L，納米氧化鋯70g/L，Ni(NH2S03)24H20300g/L，NH4Cl25g/L，H3B0325g/L，C12H25S04Na5g/L的復(fù)合電鍍液。由該復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的方法，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；陰極基體選擇銅片(150mmX20mmX2mm)，其中施鍍面積為50iranX20mm，其余部分做絕緣處理，陽極基體為電解鎳板，鎳板純度大于99.9%，陰陽兩級(jí)的面積之比為2:3，兩極間距為30mm，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；工藝參數(shù)為pH值為3，溫度為4(TC，陰極電流密度為4A/dm、d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。對(duì)各實(shí)施例中制備好的復(fù)合鍍層進(jìn)行超聲波清洗，測(cè)試其顯微硬度，載荷50g，保持時(shí)間10s;采用銷盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合鍍層進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，測(cè)定其摩擦系數(shù)以及磨損率。各實(shí)施例中復(fù)合鍍層的測(cè)定結(jié)果、基礎(chǔ)鍍液中不加納米氧化釔和納米氧化鋯時(shí)制得的純鎳鍍層的測(cè)定結(jié)果、在基礎(chǔ)鍍液中只添加納米Y203時(shí)制得的Ni-Y203鍍層的測(cè)定結(jié)果以及在基礎(chǔ)鍍液中只添加納米Zr02時(shí)制得的Ni-Zr02鍍層的測(cè)定結(jié)果見表1。測(cè)定結(jié)果表明本發(fā)明獲得的復(fù)合鍍層顯微硬度大大提高，減摩耐磨性能良好。表1測(cè)定結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注與實(shí)施例1相同條件下制備的Ni-Y203鍍層，是指在基礎(chǔ)鍍液中只添加納米Y203,且加入量與實(shí)施例1中納米Y203的加入量相同時(shí)制得的鍍層；與實(shí)施例1相同條件下制備的Ni-Zr02鍍層，是指在基礎(chǔ)鍍液中只添加納米Zr02，且加入量與實(shí)施例l中納米Zr02的加入量相同時(shí)制得的鍍層。其它可同理推知。本發(fā)明是以鍍鎳為例進(jìn)行說明，但并不僅限于鍍鎳，也可用于鍍銅，鍍鋅以及鍍合金等。本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所作的變化、修改、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。權(quán)利要求1、一種獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液，其特征在于，主要組分為納米氧化釔5～60g/L納米氧化鋯10～70g/LNi(NH2SO3)2·4H2O200～500g/LNH4Cl5～30g/LH3BO310～80g/LC12H25SO4Na0.05～5g/L。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液，其特征在于，其中納米氧化釔顆粒的粒徑范圍是4070nm。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液，其特征在于，其中納米氧化鋯顆粒的粒徑范圍是4575nm。4、一種由權(quán)利要求l所述的復(fù)合鍍液制備復(fù)合鍍層的電鍍方法，其特征在于，包括下列步驟a.配制復(fù)合鍍液；b.選擇陰極基體和陽極基體；c.確定復(fù)合電鍍工藝參數(shù)；d.打開電源，進(jìn)行復(fù)合電鍍。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的電鍍方法，其特征在于，步驟a中所述的復(fù)合鍍液主要組分為560g/L1070g/L4H20200500g/L530g/L1080g/L0.055g/L。納米氧化釔納米氧化鋯Ni(NH2S03)2NH4CIH3B03C12H25S04Na6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的電鍍方法，其特征在于，其中陰極基體為不銹鋼片或銅片，陽極基體為電解鎳板。7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的電鍍方法，其特征在于，電鍍之前，對(duì)陰極進(jìn)行物理除銹和化學(xué)除油處理。8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的電鍍方法，其特征在于，其中復(fù)合電鍍的工藝參數(shù)為pH值35溫度3050°C陰極電流密度28A/dm2。全文摘要本發(fā)明公開了一種獲得高硬度、減摩耐磨納米復(fù)合鍍層的復(fù)合鍍液和電鍍方法，通過在鍍液中添加納米氧化釔(Y₂O₃)和納米氧化鋯(ZrO₂)兩種顆粒，制成復(fù)合鍍液，再使之與基質(zhì)金屬共沉積而制得復(fù)合鍍層。納米Y₂O₃顆粒為稀土納米顆粒，具有優(yōu)異的耐腐蝕性、高溫穩(wěn)定性以及高透光性，納米ZrO₂顆粒為硬質(zhì)陶瓷納米顆粒，具有高硬度、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和抗氧化性能。本發(fā)明綜合了納米氧化釔(Y₂O₃)和納米氧化鋯(ZrO₂)兩種納米顆粒的優(yōu)點(diǎn)，制備出了一種性能優(yōu)異的復(fù)合鍍層。本發(fā)明制得的復(fù)合鍍層顯微硬度高，減摩耐磨性良好，而且制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，方便推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)C25D15/00GK101643930SQ200910066070公開日2010年2月10日申請(qǐng)日期2009年9月7日優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日發(fā)明者劉紅彬,司東宏,航李,晨申,薛玉君申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)