CN101122044A - 含纳米金刚石的镍基复合镀层及其超声波辅助制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种含纳米金刚石的镍基复合镀层及其超声波辅助制备方法。本发明涉及镍基复合镀层及其制备方法。含纳米金刚石的镍基复合镀层，以金属镍或镍合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。制备方法，包括以下步骤：配制纳米复合镀液，在超声波作用下制备纳米复合镀层。镀层中纳米金刚石粒子以纳米尺度均匀弥散地分布于镍基质中，细化了金属晶粒，显著提高了原有镍镀层的硬度和摩擦学性能。本发明利用超声空化作用保证纳米金刚石在镀液和镀层中的均匀分散并促进纳米粒子与金属的共沉积。该类纳米复合镀层可有效增强工件表面的抗磨、减磨性能，延长工件的使用寿命，可广泛用于模具、各类轴承、齿轮、发动机及传动部件等易于磨损的工件上。
Description
技术领域
本发明涉及镍基复合镀层及其制备方法。
背景技术
随着现代工业的发展，机械零件更多地在复杂、苛刻的条件下工作，因此对材料表面性能也提出了越来越高的要求。作为一种行之有效的表面改性措施，表面涂覆技术应运而生并获得了广泛应用。为了提高单一镀层的综合性能常利用各种超硬、减摩材料来制备复合镀层。复合镀就是将某些特殊的惰性粒子加入到镀液中，通过电化学或化学沉积的方法使这些微粒与金属或合金共沉积，从而形成具有特殊性能的复合镀层。目前，加入到镀液中的第二相粒子主要有两类，一类是提高镀层耐磨性的超硬粒子，如Al2O3、SiC、Si3N4等；另一类是改善镀层减摩性能的减摩粒子，如MoS2、PTFE等。常规的复合镀技术多是选用微米级、亚毫米级甚至是毫米级的固体颗粒，粒子尺寸较大，在镀液中的悬浮能力差，进入镀层中的粒子含量低、分布不均匀，表面极易产生缺陷，对金属镀层性能的改善效果并不十分理想。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种耐磨性能好的含纳米金刚石的镍基复合镀层。
本发明的目的之二在于提供一种含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法。
本发明的目的之一可以这样实现，设计一种含纳米金刚石的镍基复合镀层，以金属镍或镍合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。
本发明的目的之二可以这样实现，设计一种含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，包括以下步骤：配制纳米复合镀液，在超声波作用下制备纳米复合镀层。
本发明的镀层中纳米金刚石粒子以纳米尺度均匀弥散地分布于镍基质中，细化了金属晶粒，显著提高了原有镍镀层的硬度和摩擦学性能。本发明利用超声空化作用保证纳米金刚石在镀液和镀层中的均匀分散并促进纳米粒子与金属的共沉积。该类纳米复合镀层可有效增强工件表面的抗磨、减磨性能，延长工件的使用寿命，可广泛用于模具、各类轴承、齿轮、发动机及传动部件等易于磨损的工件上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
复合镀层中纳米金刚石粒子的尺寸为1～100nm，质量含量为0.1～2％，复合镀层的厚度为2～30μm。
纳米复合镀液的配制过程包括以下步骤，首先将改性处理后的纳米金刚石粉体与水按1∶100～1∶10的质量比配成混合液，超声分散后得到用于镀液的纳米金刚石分散液；然后配制基础镍镀液；最后在机械搅拌的作用下将纳米金刚石分散液加入基础镍镀液中得到纳米复合镀液。
纳米复合镀液的组成为：
主盐 150～300g/L
阳极活化剂 10～75g/L
缓冲剂 30～50g/L
光亮剂 0～2g/L
润湿剂 0～0.1g/L
纳米金刚石微粒 0.1～5g/L
其中，主盐为NiSO4·7H2O或NiSO4·7H2O和MgSO4·7H2O的混合物；阳极活化剂为NiCl2·6H2O或NaCl；缓冲剂为H3BO4；光亮剂为糖精、萘磺酸、对甲苯磺酰胺、三氯乙醛、香豆素、丁炔二醇、吡啶或喹啉的季胺盐中的一种或一种以上；润湿剂为十二烷基硫酸钠。纳米金刚石微粒为爆轰法生产的纳米金刚石经机械、化学改性后得到的灰粉，灰粉中纳米金刚石的含量＞95％，纳米金刚石的一次粒径为3～5nm。
含纳米金刚石的镍基复合镀层的制备采用超声波辅助的电镀方法。阳极采用电解镍板或镍块；基底材料选用碳钢或合金钢；复合镀液温度为室温至60℃；采用直流电源、恒流条件下进行电镀，电流密度为0.5～5A/dm2；镀覆时间为20～90分钟。
复合镀层的电镀过程中利用超声波进行辅助，超声波发生器置于镀槽底部，超声功率为100～500W，频率28KHZ～40KHZ。电镀前需预先将纳米复合镀液超声处理30分钟，电镀开始直到结束整个过程始终加以超声波辅助。在纳米复合镀镍过程中施加辅助的超声波，利用超声空化原理，将镀液中的纳米金刚石二次团聚体打开并维持其均匀稳定地分散，从而保证进入镀层中的金刚石微粒以纳米尺度均匀弥散状态存在。
实施例1
取改性处理后的纳米金刚石灰粉2g加入100ml水中，超声分散30min后得到纳米金刚石的水分散液，然后按以下配方配制2L含镍的基础镀液：NiSO4·7H2O 250g/L、NiCl2·6H2O 45g/L、H3BO4 35g/L。在400r/min的中速搅拌下将纳米金刚石分散液加入镍的基础镀液中得到纳米复合镀液。将纳米复合镀液加热至50℃并超声分散30分钟后开始电镀，镀件为20号碳钢片，阳极采用电解镍板，电流密度2A/dm2，电镀时间为30分钟。电镀过程中镀液始终加以超声处理，超声波的功率为300W，超声频率为28KHZ。通过上述方法得到了含纳米金刚石的镍基复合镀层，镀层厚度11μm，SEM下观察纳米金刚石颗粒的粒径均＜100nm，复合镀层的硬度为745kg/mm2，耐磨性能较纯镍镀层提高了3.5倍。
实施例2
取改性处理后的纳米金刚石灰粉2g加入100ml水中，采用超声分散30分钟后得到纳米金刚石的水分散液，然后按以下配方配制2L含镍的基础镀液：NiSO4·7H2O 150g/L、MgSO4·7H2O 30g/L、NaCl 10g/L、H3BO4 20g/L、糖精1g/L、香豆素0.5g/L、十二烷基硫酸钠0.1g/L。在400r/min的中速搅拌下将纳米金刚石分散液加入镍的基础镀液中得到纳米复合镀液。将纳米复合镀液加热至40℃并超声分散30分钟后开始电镀，镀件为不锈钢片，阳极采用电解镍板，电流密度0.5A/dm2，电镀时间为60分钟。电镀过程中镀液始终加以超声处理，超声波的功率为300W，超声频率为28KHZ。通过上述方法得到了含纳米金刚石的镍基复合镀层，镀层光亮，厚度为8μm，SEM下观察纳米金刚石颗粒的粒径均＜100nm，复合镀层的硬度为652kg/mm2，耐磨性能较纯镍镀层提高了2倍。
以上实施例只是对发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
Claims (8)
1.一种含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于：镀层以金属镍或镍合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。
2.根据权利要求1所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于：复合镀层中纳米金刚石粒子的尺寸为1～100nm，质量含量为0.1％～2％。
3.根据权利要求1所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于：复合镀层的厚度为2～30μm。
4.一种含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在于包括以下步骤：配制纳米复合镀液，在超声波作用下制备纳米复合镀层。
5.根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在于：所述配制纳米复合镀液包括以下步骤，首先将改性后的纳米金刚石粉体与水按1∶100～1∶10的质量比配成混合液，超声分散后得到用于镀液的纳米金刚石分散液；然后配制基础镍镀液；最后在机械搅拌的作用下将纳米金刚石分散液加入基础镍镀液中得到纳米复合镀液。
6.根据权利要求5所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在于：所述改性后的纳米金刚石粉体为爆轰法生产的纳米金刚石经机械化学改性后得到的灰粉，灰粉中纳米金刚石的含量＞95％，纳米金刚石的一次粒径为3～5nm；
所述纳米复合镀液的组成为：
主盐 150～300
阳极活化剂 10～75g/L
缓冲剂 30～50g/L
光亮剂 0～2g/L
润湿剂 0～0.1g/L
纳米金刚石微粒 0.1～5g/L
其中，主盐为NiSO4·7H2O或NiSO4·7H2O和MgSO4·7H2O的混合物；阳极活化剂为NiCl2·6H2O或NaCl；缓冲剂为H3BO4；光亮剂为糖精、萘磺酸、对甲苯磺酰胺、三氯乙醛、香豆素、丁炔二醇、吡啶或喹啉的季胺盐中的一种或一种以上；润湿剂为十二烷基硫酸钠。
7.根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在于：所述复合镀层的制备采用电镀方法，阳极使用电解镍板或镍块；基底材料选用碳钢或合金钢；复合镀液温度为室温至60℃；采用直流电源、恒流条件下进行电镀，电流密度为0.5～5A/dm2；镀覆时间为20～90分钟。
8.根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在于：复合镀层的电镀过程中利用超声波进行辅助，超声波发生器置于镀槽底部，超声功率为100～500W，频率28kHz～40kHz；电镀前需预先将纳米复合镀液超声处理30分钟，并在电镀开始直到结束整个过程始终加以超声波辅助。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080213 |