CN103014819A

CN103014819A - 一种用于机械配件的耐磨复合层材料及制造方法和设备

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Publication number: CN103014819A
Application number: CN2011102962943A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明是一种用于机械配件的耐磨复合层材料及制造方法和设备。耐磨复合层材料是金属基耐磨复合层材料，由基质金属及大量弥散分布于基质金属中的微粒或者纤维构成，具有多相结构。采用直流电镀或者脉冲电镀的方法制造。直流电镀或脉冲电镀制造设备由电镀电源、电镀槽、金属阳极或者金属合金阳极、机械配件基体阴极、搅拌装置、溶液循环装置、加热及温控装置、添加剂补充添加装置等部分组成。本发明应用于机械配件的耐磨复合层，在性能上显著优于目前生产中普遍采用的优质铸铁的耐磨配件、优质铸钢的耐磨配件、普钢和优质钢表面热处理的耐磨配件的性能。该耐磨复合层，在具有优异的耐磨性能的同时，还具有高温耐磨性能和优异的耐腐蚀性能，镀层内应力很低。

Description

一种用于机械配件的耐磨复合层材料及制造方法和设备

技术领域

本发明属于表面处理工程技术领域，同时也属于新材料的应用领域，特别涉及工程机械、矿山机械、冶金机械、化工机械、能源机械、水利机械等机械设备易损易耗的配件。

背景技术

耐磨处理技术在工程机械、矿山机械、冶金机械、化工机械、能源机械、水利机械等机械设备中有着广泛的应用。目前，这些机械的耐磨配件普遍采用如下技术：

第一种方案：普通钢材或者优质钢通过热处理一系列手段来达到配件表面耐磨。

第二种方案：优质钢、优质铁通过铸造获而得耐磨配件。

第三种方案：配件表面通过镀铬来达到耐磨。

第四种方案：耐磨配件通过化学镀的方法镀镍磷、镍钨、镍硼、镍磷钨、镍磷钨铁等各种金属合金来达到配件表面耐磨的目的。

以上各种方案均存在配件耐磨性差，使用寿命低的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法和设备。

本发明用于机械配件的耐磨复合层材料，它是金属基耐磨复合层材料，其特征是由基质金属及大量弥散分布于基质金属中的对基质金属起强化作用或减磨作用的微粒或者纤维组成。

本发明一种用于机械配件的耐磨复合层材料其特征是基质金属为镍（Ni）、钴（Co）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、锰（Mn）、钼（Mo）、钨（Wu）、钯（Ba）、金（Au）、银（Ag）、锡（Sn）等任一一种金属，或者镍（Ni）、钴（Cu）、铜（Cu）、铁（Fe）、铬（Cr）、镉（Cd）、锰（Mn）、钼（Mo）、钨（Wu）、钯（Ba）、金（Au）、银（Ag）、锡（Sn）、磷（P）、镧（La）、铈（Ce）、硼（B）等任一两种金属的合金例如镍铁合金、镍钴合金、银铜合金、镍金合金、镍银合金、镍钨合金等等、任一三种金属的合金例如镍钴锰合金、镍钴磷合金、镍钴钼合金、镍钨铁合金等或者多种金属组合形成的合金例如镍钴磷镧合金、镍钨磷镧合金、镍钨磷铁合金、镍钨硼铈合金、镍铁钨磷铈合金、镍钴锰硼镧合金等等。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料中基质金属的体积百分含量在15—99.9%的范围。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是所述的耐磨复合层的基质金属中大量弥散分布的微粒可以是微粒或者纤维，或者是微粒与纤维的组合；其形状是规则或者不规则的任一形状，它的尺寸可以是纳米级、微米级或者是粒度为5/10、10/15、15/20、20/25、25/30、30/35、35/40、40/45、45/50、50/60、60/70、70/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400、400/500等一种粒度或者多种粒度的组合；作为与基质金属或者基质金属合金共沉积的微粒或者纤维，成分可以是有机物微粒（或者纤维）如甲基丙烯酸脂、聚酰胺素聚合物、氟类聚合物、聚苯乙烯、聚苯醚、聚苯撑、聚苯硫醚、聚炳烯晴等高分子微粒或者纤维等等；或者无机物微粒（或者纤维）如氧化铝（Al₂O₃）、二氧化钛（ TiO₂）、氧化铍（BeO）、氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化锆（ZrO₂）、氧化钍（ThO₂）、氧化铀（UO₂）、氧化硅（SiO₂）、二氧化镧（La₂O₃）、稀土氧化物或者混合稀土氧化物、氧化锰（MnO2）、氧化铁（Fe3O4）、氧化钒（V₂O₃）、氧化铅（PbO）、氧化铋（BiO）等各种氧化物微粒（或者纤维），或者氮化硅（Si₃N₄）、氮化硼（BN）、氮化铝（Al3N4）、氮化钛（TiN）、氮化铪（HfN）、氮化钽（TaN）、氮化锆（ZrN）、氮化钪（ScN）、氮化铀（UN）、氮化钍（ThN）、氮化铌（NbN）、氮化钒（VN）、氮化铬（CrN）、氮化铍（Be₃N₂）等氮化物微粒（或者纤维），或者碳化钒（VC）、碳化硅（SiC）、碳化硼（B₄C）、碳化钛（TiC）、碳化锆（ZrC）、氮化钽（TaC）、碳化钨（WC）、碳化钼（Mo₂C）等碳化物微粒（或纤维）或者二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）等硫化物微粒，或者各种硼化物微粒（或者纤维），或者纳米管、碳纤维等等。基质金属或基质金属合金中微粒（或者纤维）的种类可以是上述所述的有机物以及无机物微粒（或者纤维）中的一种或者多种，其粒度是微米级或者是纳米级；作为“飘砂法”或“埋砂法”所使用的微粒（或者纤维）粒度较粗，主要是金刚石、石墨、刚玉、石英、立方氮化硼、碳化硼、碳化锆、氮化铝、碳化硅、碳化钨、氮化硅等超硬材料微粒和各种氧化锆、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅等陶瓷微粒，可以选择其中的一种或者两种、或者多种的组合，其微粒尺寸范围为5/10、10/15、15/20、20/25、25/30、30/35、35/40、40/45、45/50、50/60、60/70、70/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400、400/500；可以选择其中的一种或者两种粒度，或者多种的粒度的组合，同时也可以是比这些粒度更粗的微粒；耐磨复合层中微粒或纤维的体积百分浓度为0.1—90%的范围。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法是采用直流电镀或者脉冲电镀，或者称为直流电铸或者脉冲电铸，实质基本相同，其特征是金属基耐磨复合层的制造过程包括如下步骤：

（1）配制基质金属基电镀液

基质金属主盐 10—500G/L

辅盐 1—200G/L

微米级或纳米级不溶性微粒或者纤维 0—400G/L

添加剂 0—300G/L

（2）在温度0~80℃的范围内对配制好的镀槽中的复合镀液进行搅拌或循环。

（3）将机械配件按要求包扎好，按照粗除油—碱煮除油—浸蚀—电化除油—活化的顺序对机械配件需要耐磨处理的表面进行处理，然后带电放入电镀槽中。

（4）首先在机械配件基体表面电镀一层金属或者作为配件基体与耐磨复合层之间的过渡层，然后，将较粗粒度或较大尺寸的微粒或者纤维，利用“飘砂法”或者“埋砂法”将机械配件处理的部分覆盖好，继续电镀基质金属或者基质金属合金，一段时间后，除去多余的微粒或者纤维，在机械配件处理部分表面覆盖了均匀的一层微粒或者纤维，这个过程称之为“上砂”；“上砂”好的工件继续在电渡液中电镀基质金属或者基质金属合金，直至覆盖到微粒或者纤维的体积的75%以上，这个过程称之为“加厚固定”，这样一层耐磨复合层就制造出来；根据机械耐磨的要求不同可以不断的重复“上砂”和“加厚固定”电镀下一层或者多层这种耐磨复合层，直至达到规定的几何尺寸要求；最后一层的“加厚固定”最好基质金属或者基质金属合金覆盖到微粒或者纤维的体积的90%以上。

（5）添加剂可以是以下物质中的一种或者多种：氯化锌、氯化铵、氯化钙、氯化锰、氯化钠、氯化钾、氯化铈、氯化镧、硫酸镁_、硫酸锌、硫酸钠、硫酸钾_、硫酸铈、硫酸镧、亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠、亚硫酸氢钾、硫氰酸钠、硫氰酸钾、硫氰酸铵、焦磷酸钠、焦磷酸钾、柠檬酸钠、柠檬酸钾、柠檬酸铵、醋酸钠、醋酸钾、醋酸铵、酒石酸钠、酒石酸钾、酒石酸钾钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钾、乙烯磺酸钠、烯丙基磺酸钠、苯亚磺酸钠、磷酸二氢钠等等有机或无机盐，或者是氨基磺酸、氟硼酸、硼酸、硫酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、酒石酸、草酸、苹果酸、抗坏血酸、甘氨酸、乙醇酸等无机酸或有机酸，或者是氢氧化钠、氨水、三乙醇胺、乙二胺、碘化钾、或者是奈二磺酸、对甲苯磺酰胺、邻磺酰苯酰亚胺、苯亚磺酸、氨基磺酸钠等等通式为R₁—SO₂—R₂的有机物（其中R₁为带有不饱和键的芳香环，R₂为—OH、—OMe、—NH₂、＞NH、—H等基团），或者是甲醛、香豆素、1，4—丁炔二醇、N—1，2—二氯烯丙基氯化吡啶、N—烯丙基溴化喹啉、聚乙二醇、间苯二酚等等分子中存在不饱和基团（如C=O、C=C-C=O、C≡C、C=N等基团）的有机物，或者是炔醇与环氧化物的合成产物，或者吡啶、喹啉的衍生物，或者是光亮剂，或者是磺化蓖麻油、二丁基萘磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八酸钾（铵）等阴离子表面活性剂，或者是水山梨醇月桂酸脂、月桂酸二乙酰胺等非离子表面活性剂，或者是氯化三甲基十二烷基铵、氯化十八烷基二甲基苄基胺、氯化十四烷酰胺丙基二甲基苄基胺等阳离子表面活性剂，或者是聚丙烯酸及其盐类、聚甲基丙烯酸及其盐类、海藻酸钠、海藻酸铵、木质碳酸钠、石油磺酸钠等高分子聚电解质分散剂。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是所述的直流电镀或者脉冲电镀的电能施加方式是控电流或者是控电位，采用控电流的直流电镀在机械配件表面进行耐磨复合层电镀的电流密度范围0.1—24A/dm²，采用控电位的直流电镀在机械配件表面进行耐磨复合层电镀的槽电压范围在0.1—36V。采用控电流的单向脉冲电流在机械配件表面进行脉冲电镀的导通时间范围0.01毫秒—1秒，电流的断开时间范围在0.01毫秒—1秒，平均电流密度范围在0.1A—24 A/dm²，采用控电流的双向脉冲电流在机械配件表面进行脉冲电镀时，反向脉冲电流的导通时间、电流断开时间、平均电流密度等参数值视正向脉冲电镀的参数值而定，采用控电位的单向脉冲电压在机械配件的表面进行脉冲电镀的电压导通时间在0.01毫秒—1秒，电压的断开时间范围在0.01毫秒—1秒，平均槽电压范围在0.1V—36V，采用控电位的双向脉冲电压在机械配件表面进行脉冲电镀时，反向脉冲电压的导通时间、电压断开时间和平均电压参数值视正向脉冲电压的参数值而确定。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是所述的一种用于机械配件的耐磨复合层的制造设备，它是由电镀电源、电镀槽、基质金属或者基质金属合金的阳极、机械配件阴极、搅拌装置、溶液循环装置、加热与控温装置、添加剂的自动补给装置组成，电镀电源是直流电源或者脉冲电源，分别与耐磨配件及基质金属阳极或者基质金属合金阳极连接，机械配件与基质金属或者基质金属合金阳极一起设置于电镀槽内，由于机械配件形状等特殊情况，为了更好调节电场分布，可以增加辅助阳极，所述电镀槽内有基质金属或者基质金属合金的耐磨复合层电镀溶液。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是搅拌装置用于保证复合镀液中离子浓度的均匀性、不溶性微粒（或者纤维）在镀液中的均匀悬浮（或均匀分散）、镀液温度均匀以及镍基复合镀层（或者镍合金基复合镀层）的质量。搅拌方式可以是离心搅拌、或者机械搅拌、或者磁力搅拌、或者空气（或其它气体）搅拌、或者电磁搅拌，或者循环泵搅拌等等搅拌方式中的一种或多种联用。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是溶液循环装置用于实现耐磨复合层电镀溶液的循环，以保证金属基耐磨复合层电镀溶液中离子浓度的均匀性、不溶性微粒（或者纤维）在溶液中的均匀悬浮（或均匀分散）、镀液温度均匀以及基质金属的耐磨复合层的质量。液流循环装置由泵及相关管线组成。

在电镀基质金属的耐磨复合层（或者基质金属合金耐磨复合层）体系中，溶液循环装置和搅拌装置可以同时配备、也可以仅配备其中之一。

用于电镀基质金属的复合层（或者基质金属合金耐磨复合层）体系需安装控温装置。控温装置由加热、测温及自动控制系统等几部分构成。加热方式可以是电加热，或者蒸汽加热，或者热水加热或者热水浴加热等方式中的一种或者多种。

基质金属的耐磨复合层性能特点在于，镀层内应力低，具有优异的耐磨性能、高温耐磨性能以及抗高温氧化性能，镀层硬度在350—15000Hv。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造设备，其特征是所述的搅拌装置是离心搅拌、机械搅拌、磁力搅拌、气体搅拌、电磁搅拌或者循环泵搅拌方式中的一种或者多种联合应用。

本发明的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是所述的机械配件适用于：

（1）、工程机械行业

推土机和平地机的衬板、端侧板、平地刀片；摊铺机的衬板和螺旋；和料机、混凝土搅拌站、沥青搅拌站、稳定土搅拌站和搅拌楼的衬板和搅拌叶片；混凝土搅拌机的搅拌叶片；混凝土泵车的眼睛板、搅拌叶片、S管、输送管件；挖土机和铲车的挖掘齿、履带板；旋挖钻的锥齿和钻头；长螺旋和短螺旋钻机的钻头和螺旋；制砂机、洗砂机的叶片、叶轮和衬板；挖砂船的提升斗；河道清淤泵的叶轮及壳体。

（2）、矿山机械行业

中速雷蒙磨机的衬板；浮选机的搅拌叶片；洗砂机的叶片和螺旋；螺旋分级机的叶片；磁选机的刮刀；搅拌机和搅拌桶的叶片；矿浆输送泵的叶轮及壳体。

（3）、冶金行业

冶金烧结系统的溜槽衬板、筛板、风机叶片、除尘弯管、刮刀；炼铁系统的受料漏斗、布料器、放散阀、喷煤管；轧钢系统的导向轮、扭转辊、导向板、切分轮、输送辊耐磨套；矿山采掘、选矿、焦化系统的易损件、各种溜槽；轧钢厂高速线材轧机线上的切分轮；通用机械行业中耐磨阀门中的闸板、球体；耐磨泵中的叶轮、缸套；多级泵的轴套和平衡盘；耐磨风机和压缩机的叶片等。

（4）、化工行业

化工行业中的超细粉碎、打散解聚、超细分级机械；过滤、分离、均质、乳化机械；筛选、捏合、造粒机械；提升、输送机械；风机、压缩机、泵类和阀门等普通存在磨损或磨蚀问题的配件。

水泥生产立磨扇形护板、导流护板、拉杆护套；辊压机中的布料器、挡料板、溜管；高效选粉机中的选粉壳体、叶片、撒料盘、旋风筒；燃烧器煤风管中的进煤中管、上下壳体、耐磨套、内外喷头、菱形支撑板、中间料仓进出口溜槽、料斗；高速提升机、链斗机、取料机中滚动轴套；煤粉制造和输送系统的异径管、弯管；风机及收尘系统的弯管、楔形管、梯形板、高温风机叶片等。

（5）、能源行业

燃煤发电厂给煤机、排粉风机、引风机、燃烧器、收尘器、煤灰分级机、灰渣泵以及灰渣管道、阀门等；煤炭行业的煤矿掘进、采煤、输煤、洗选及煤炭深加工设备；石油行业的钻机、采油机、泥浆泵、井控机械等。

（6）、轻工行业

轻工行业的塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、造纸、烟草、食品、家用电器、五金等机械。工程塑料机械中的螺旋套、捏合块；陶瓷行业中真空挤压螺旋、粉碎机转子、叶片、混合机浆叶等。

（7）、模具行业

铝压铸模、冷挤模、拉伸模、热锻模、耐火砖模。

（8）、通用行业

金属和非金属矿石、炉渣、水泥、粮食、废旧轮胎和塑料等固体物料份体化的主要手段。在各种各样的机械粉碎机中，磨损最快的是转子、动刀、锤片、刀片等零部件。石灰石超细粉碎机中的刀片，粉碎涂料和油漆的砂磨机分散盘和筒体，高效分级机的导流板。

说明书附图

图1：实施例1的耐磨复合层的电镀体系构造示意图

其中图中的符号表示为：1）电镀槽 2）空气输入管道 3）空气4）镍钴合金阳极 5）配件（平板搅拌叶片）6)加热管 7）气泡 8）整流电源 9）镍钴锰合金电镀溶液 10）电加热棒的交流电源 11）热水

具体实施方式：

下面结合实例对本发明做进一步描述，但其对本发明无任何限制。

实施例1：采用控电流电镀的方法，在平板式搅拌叶片表面，采用镍钴锰合金作为基质金属，金刚石作为“飘砂法”和“埋砂法”使用的耐磨微粒，采用金刚石微粉作为与镍钴锰合金共沉积的微粒在单个平面上电镀Ni—Co—Mn金刚石耐磨复合层。

镍钴锰合金电镀溶液主盐硫酸镍为150—500G/L；辅盐氯化镍为10—50G/L，它的作用在于改进电镀溶液的导电能力，增进镍阳极的溶解；添加剂硫酸钴和硫酸锰主要是和金属镍形成一种合金，使其硬度、柔软性、耐磨性能达到一种理想要求;硼酸是在于稳定和调节电镀溶液的PH值；柠檬酸钠、月桂酸二乙酰胺、十二烷基硫酸钠都是为了改善其电镀Ni—Co—Mn金刚石耐磨复合层结晶和性能的一系列添加剂

镀液组成：NiSO₄·7H₂O 150—500G/L

NiCl₂·6H2_O 10—50G/L

CoSO₄·7H₂O 3—30G/L

MnSO₄·H₂O 0—5G/L

HBO₃ 10—50 G/L

柠檬酸钠 0—50G/L

月桂酸二乙酰胺 0—5G/L

十二烷基硫酸钠 0—0.1G/L

金刚石纳米微粒(粒经d=3mm) 0—0.1G/L

温度室温—56℃

PH值 3.2—5.6

镍钴锰金刚石耐磨复合层电镀体系于图1。按照镍钴锰金刚石耐磨复合层电镀溶液组成配制耐磨复合层电镀液9。经管道2，向电镀液中通往空气3，在大量气泡7的作用下实现对电镀液9的搅拌。在电镀槽1内，采用空气搅拌方式搅拌电镀槽内的电镀液9。平板搅拌叶片5作为阴极连接整流电源8（直流电源）的负极，以金属镍作为阳极，连接整流电源的正极。采用电加热棒6或者热水循环方式加热电镀溶液。

平板搅拌叶片表面直流电镀Ni-Co-Mn金刚石耐磨复合层的制造过程：

1、平板搅拌叶片因为仅有单面受到混凝土的冲刷而磨损较快，因此，只需要对其单面进行镍钴锰金刚石耐磨复合层电镀。由此，我们首先用导电线连接搅拌叶片，采用硝基清漆对搅拌叶片其它不需要耐磨处理的位置全部封闭，另外采用PVC或者其它绝缘材料再次封闭。

2、经封装好的平板搅拌叶片，经粗除油—水洗—碱煮除油—水洗—浸蚀—阴极除油—阳极除油—水洗—超声波除油—水洗—活化—水洗—带电入槽。

3、搅拌叶片的导电电线连接整流电源的负极，正立放置于电镀溶液中，利用电流密度1—5A/dm²，冲击电镀5—10分钟；然后以0.5—1A/dm²的电流密度继续电镀15—60分钟，电镀Ni-Co-Mn合金作为搅拌叶片基体与耐磨复合层之间的过渡层；冲击电镀和预镀中，可以不需要空气搅拌。

4、预镀结束，调节电流密度为0.2—1 A/dm²。将预镀好的搅拌叶片的需要电镀Ni-Co-Mn金刚石耐磨复合层的平面向上平放到电镀槽里的带孔支架上；用勺或者吸球取得金刚石微粒，采用“飘砂法”或者“埋砂法”洒向搅拌叶片预镀平面上；或薄薄的飘洒一层金刚石，或用金刚石逐渐将预镀平面埋没；为了使电镀层均匀，往往可以采用辅助平面阳极与搅拌叶片预镀平面相对放置，相隔比较近的一段距离，且放置在电镀溶液中；辅助阳极可以直接使用平块镍块作为阳极与整流电源的正极连接，它与平板搅拌叶片形状相仿、大小基本一致；也可以采用与平板搅拌叶片形状相仿、大小基本一致的钛蓝作为辅助阳极与整流电源的正极连接，在钛蓝内装好镍块。继续电镀Ni-Co-Mn合金，时间0.5—3小时，空气搅拌不启动。以上操作简称“上砂”步骤。

5、倒去多余的金刚石，启动空气搅拌，预镀表面继续正面朝上放置于带孔的绝缘支架上，在它的正上方继续放置一个相对的辅助阳极，电流密度在0.2—4A/dm2范围内，进行Ni-Co-Mn合金电镀，镍钴锰合金覆盖到金刚石体积的75%以上。以上操作简称“加厚固定”步骤。

6、根据配件耐磨需要，可以重复上述“上砂”步骤和“加厚固定”步骤，直至耐磨复合层厚度达到规定的要求。

7、当最后一层耐磨复合层电镀后“加厚固定”时，最好能让Ni—Co—Mn合金把金刚石的体积覆盖到90%以上或者全部覆盖。

8、“飘砂法”或“埋砂法”使用的金刚石可以是5/10、10/15、15/20、20/25、25/30、30/35、35/40、40/45、45/50、50/60、60/70、70/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400、400/500等等粒度的一种或者多种的组合。该金刚石可以由氮化硅、立方氮化硼、氮化铝、碳化硅、碳化硼、碳化钨、刚玉、石英等超硬材料微粒的一种或者多种的组合来的替代，或者由氧化铝、氧化镁、氧化铍、氮化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷微粒的一种或者多种组合来替代，或者是以上超硬材料微粒和陶瓷微粒中的一种或者多种的组合来替代，甚至可以在其中加入各种纤维。只要是其功能的需要，以上的用于“飘砂法”或“埋砂法”使用的超硬材料微粒、陶瓷微粒、纤维的尺寸可以更粗一些，不受限制。

9、电镀槽里的溶液可以增加溶液循环泵来加强溶液循环，它更好的促进溶液对流，使得生产技术条件更稳定，成分更均一，也有利于“上砂”和“加厚固定”时，有效减少“烧焦”现象，从而提高产品合格率。

10、基质金属合金镍钴锰合金也可以是镍钴合金作为基质金属，电镀溶液的成分采用氨基磺酸盐作为主盐，氯化镍为辅盐的溶液体系，具体电镀溶液组成和条件如下：

Ni(NH2SO3)2 200-500G/L

NiCl₂.6H2_O 10—50G/L

CoSO₄.7H₂O 3—30G/L

HBO₃ 10—50 G/L

Mg₂SO₄ 10—50 G/L

月桂酸二乙酰胺 05G/L

温度室温—70℃

PH值 3.0—5.0

冲击电镀电流密度 2—24A/dm²

预镀电流密度 2--18 A/dm²

“上砂”电流密度 1--6 A/dm²

“加厚固定”电流密度 2--24 A/dm²

溶液中可以不需要金刚石微分作为与镍钴合金共沉积。

根据选择的基质金属或者基质金属合金的不同，可以选择围绕基质金属或者基质金属合金电镀溶液体系，其配方及技术条件也不同。

Claims

1.一种用于机械配件的耐磨复合层材料，它是金属基耐磨复合层材料，其特征是耐磨复合层材料是由基质金属及大量弥散分布于基质金属中的对基质金属起强化或者减磨作用的微粒或者纤维构成。

2.如权利要求1所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是单一金属或者金属合金作为基质材料。

3.如权利要求1和权利要求2所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是基质金属为镍（Ni）、钴（Co）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）、锰（Mn）、钼（Mo）、钨（Wu）、钯（Ba）、金（Au）、银（Ag）、锡（Sn）等任一一种金属，或者镍（Ni）、钴（Cu）、铜（Cu）、铁（Fe）、铬（Cr）、镉（Cd）、锰（Mn）、钼（Mo）、钨（Wu）、钯（Ba）、金（Au）、银（Ag）、锡（Sn）、磷（P）、镧（La）、铈（Ce）、硼（B）等任一两种金属的合金例如镍铁合金、镍钴合金、银铜合金、镍金合金、镍银合金、镍钨合金等等、任一三种金属的合金例如镍钴锰合金、镍钴磷合金、镍钴钼合金、镍钨铁合金等或者多种金属组合的合金例如镍钴磷镧合金、镍钨磷镧合金、镍钨磷铁合金、镍钨硼铈合金、镍铁钨磷铈合金、镍钴锰硼镧合金等等。

4.如权利要求1所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是所述的耐磨复合层的基质金属中大量弥散分布的微粒可以是微粒或者纤维，或者是微粒与纤维的组合；其形状是规则或者不规则的任一形状，它的尺寸可以是纳米级、微米级或者是粒度为5/10、10/15、15/20、20/25、25/30、30/35、35/40、40/45、45/50、50/60、60/70、70/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400、400/500等一种粒度或者多种粒度的组合；作为与基质金属或者基质金属合金共沉积的微粒或者纤维，成分可以是有机物微粒（或者纤维）如：甲基丙烯酸脂、聚酰胺素聚合物、氟类聚合物、聚苯乙烯、聚苯醚、聚苯撑、聚苯硫醚、聚炳烯晴等高分子微粒或者纤维等等；或者是无机物微粒（或者纤维）如：氧化铝（Al₂O₃）、二氧化钛（ TiO₂）、氧化铍（BeO）、氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化锆（ZrO₂）、氧化钍（ThO₂）、氧化铀（UO₂）、氧化硅（SiO₂）、二氧化镧（La₂O₃）、稀土氧化物或者混合稀土氧化物、氧化锰（MnO2）、氧化铁（Fe3O4）、氧化钒（V₂O₃）、氧化铅（PbO）、氧化铋（BiO）等各种氧化物微粒（或者纤维），或者氮化硅（Si₃N₄）、氮化硼（BN）、氮化铝（Al3N4）、氮化钛（TiN）、氮化铪（HfN）、氮化钽（TaN）、氮化锆（ZrN）、氮化钪（ScN）、氮化铀（UN）、氮化钍（ThN）、氮化铌（NbN）、氮化钒（VN）、氮化铬（CrN）、氮化铍（Be₃N₂）等氮化物微粒（或者纤维），或者碳化钒（VC）、碳化硅（SiC）、碳化硼（B₄C）、碳化钛（TiC）、碳化锆（ZrC）、氮化钽（TaC）、碳化钨（WC）、碳化钼（Mo₂C）等碳化物微粒（或纤维）或者二硫化钼（MoS₂）、二硫化钨（WS₂）等硫化物微粒，或者各种硼化物微粒（或者纤维），或者纳米管、碳纤维等等;基质金属或基质金属合金中微粒（或者纤维）的种类可以是上述所述的有机物以及无机物微粒（或者纤维）中的一种或者多种，其粒度是微米级或者是纳米级；作为“飘砂法”或“埋砂法”所使用的微粒（或者纤维）粒度较粗，主要是金刚石、石墨、刚玉、石英、立方氮化硼、碳化硼、碳化锆、氮化铝、碳化硅、碳化钨、氮化硅等超硬材料微粒和各种氧化锆、氧化铝、氧化镁、氮化铝、氮化硅等陶瓷微粒，可以选择其中的一种或者两种、或者多种的组合，其微粒尺寸范围为5/10、10/15、15/20、20/25、25/30、30/35、35/40、40/45、45/50、50/60、60/70、70/80、80/100、100/120、120/140、140/170、170/200、200/230、230/270、270/325、325/400；可以选择其中的一种或者两种粒度，或者多种的粒度的组合，同时也可以是比这些粒度更粗的微粒；耐磨复合层中微粒或纤维的体积百分浓度为0.1—90%的范围。

5.如权利要求1所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法是采用直流电镀或者脉冲电镀，或者称为直流电铸或者脉冲电铸，实质基本相同，其特征是金属基耐磨复合层的制造过程包括如下步骤：

配制基质金属基电镀液

基质金属主盐 10—500G/L

辅盐 1—200G/L

微米级或纳米级不溶性微粒或者纤维 0—400G/L

添加剂 0—300G/L

在温度0~80℃的范围内对配制好的镀槽中的复合镀液进行搅拌或循环;

将耐磨配件按要求包扎好，按照粗除油—碱煮除油—浸蚀—电化除油—活化的顺序对机械配件的表面进行净化处理，然后带电放入电镀槽中;

首先在机械配件基体表面电镀一层金属或者合金作为机械配件基体与耐磨复合层之间的过渡层，然后，将较粗粒度或较大尺寸的微粒或者纤维，利用“飘砂法”或者“埋砂法”将机械配件处理的部分覆盖好，继续电镀基质金属或合金，一段时间后，除去多余的微粒或者纤维，在机械配件处理部分表面覆盖了均匀的一层微粒或者纤维，这个过程称之为“上砂”；

“上砂”好的工件继续在电渡液中电镀基质金属或者基质金属合金，直至覆盖到微粒或者纤维的体积的75%以上，这个过程称之为“加厚固定”，这样一层耐磨复合层就制造出来；

根据机械配件耐磨的要求不同，可以不断的重复“上砂”和“加厚固定”步骤电镀下一层或者多层这种耐磨复合层，直至达到规定的几何尺寸要求；最后一层的“加厚固定”最好基质金属或者基质金属合金覆盖到微粒或者纤维的体积的90%以上。

6.如权利要求5所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是所述的添加剂是增加耐磨复合层电镀液的导电能力，或者是稳定耐磨复合层电镀液的PH值，或者是与耐磨复合层电镀液中的离子形成络和离子，或者是改变耐磨复合层电镀层的内应力，或者是改变耐磨复合层电镀过程基质金属结晶的晶粒大小，或者是改变耐磨复合层电镀液中微粒或者纤维的分散状态的物质，加入耐磨复合层电镀液中的添加剂可以是具有上述功能的物质中的一种或者多种。

7.如权利要求5和权利要求6所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造方法，其特征是所述的直流电镀或者脉冲电镀的电能施加方式是控电流或者是控电位，采用控电流的直流电镀在机械配件表面进行耐磨复合层电镀的电流密度范围0.1—24A/dm²，采用控电位的直流电镀在机械配件表面进行耐磨复合层电镀的槽电压范围在0.1—36V;采用控电流的单向脉冲电流在机械配件表面进行脉冲复合镀的导通时间范围0.01毫秒—1秒，电流的断开时间范围在0.01毫秒—1秒，平均电流密度范围在0.1A—24 A/dm²，采用控电流的双向脉冲电流在机械配件表面进行脉冲电镀时，反向脉冲电流的导通时间、电流断开时间、平均电流密度等参数值视正向脉冲电镀的参数值而定，采用控电位的单向脉冲电压在机械配件的表面进行脉冲电镀的电压导通时间在0.01毫秒—1秒，电压的断开时间范围在0.01毫秒—1秒，平均槽电压范围在0.1V—36V，采用控电位的双向脉冲电压在机械配件表面进行脉冲电镀时，反向脉冲电压的导通时间、电压断开时间和平均电压参数值视正向脉冲电压的参数值而确定。

8.如权利要求5、权利要求6和权利要求7所述的一种用于机械配件的耐磨复合层的制造设备，它是由电镀电源、电镀槽、基质金属或者基质金属合金的阳极、机械配件阴极、搅拌装置、溶液循环装置、加热与控温装置、添加剂的自动补给装置组成，电镀电源是直流电源或者脉冲电源，分别与机械配件及基质金属阳极或者基质金属合金阳极连接，机械配件与基质金属阳极或者基质金属合金阳极一起设置于电镀槽内，由于机械配件形状等特殊情况，为了更好调节电场分布，可以增加辅助阳极，所述电镀槽内有基质金属或者基质金属合金的电镀溶液。

9.如权利要求8所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料的制造设备，其特征是所述的搅拌装置是离心搅拌、机械搅拌、磁力搅拌、气体搅拌、电磁搅拌或者循环泵搅拌方式中的一种或者多种联合应用。

10.如权利要求1所述的一种用于机械配件的耐磨复合层材料，其特征是所述的机械配件适用于以下各个方面：

（1）、工程机械行业

推土机和平地机的衬板、端侧板、平地刀片；摊铺机的衬板和螺旋；和料机、混凝土搅拌站、沥青搅拌站、稳定土搅拌站和搅拌楼的衬板和搅拌叶片；混凝土搅拌机的搅拌叶片；混凝土泵车的眼睛板、搅拌叶片、S管、输送管件；挖土机和铲车的挖掘齿、履带板；旋挖钻的锥齿和钻头；长螺旋和短螺旋钻机的钻头和螺旋；制砂机、洗砂机的叶片、叶轮和衬板；挖砂船的提升斗；河道清淤泵的叶轮及壳体;

（2）、矿山机械行业

中速雷蒙磨机的衬板；浮选机的搅拌叶片；洗砂机的叶片和螺旋；螺旋分级机的叶片；磁选机的刮刀；搅拌机和搅拌桶的叶片；矿浆输送泵的叶轮及壳体;

（3）、冶金行业

冶金烧结系统的溜槽衬板、筛板、风机叶片、除尘弯管、刮刀；炼铁系统的受料漏斗、布料器、放散阀、喷煤管；轧钢系统的导向轮、扭转辊、导向板、切分轮、输送辊耐磨套；矿山采掘、选矿、焦化系统的易损件、各种溜槽；轧钢厂高速线材轧机线上的切分轮；通用机械行业中耐磨阀门中的闸板、球体；耐磨泵中的叶轮、缸套；多级泵的轴套和平衡盘；耐磨风机和压缩机的叶片等;

（4）、化工行业

化工行业中的超细粉碎、打散解聚、超细分级机械；过滤、分离、均质、乳化机械；筛选、捏合、造粒机械；提升、输送机械；风机、压缩机、泵类和阀门等普通存在磨损或磨蚀问题的配件;

水泥生产立磨扇形护板、导流护板、拉杆护套；辊压机中的布料器、挡料板、溜管；高效选粉机中的选粉壳体、叶片、撒料盘、旋风筒；燃烧器煤风管中的进煤中管、上下壳体、耐磨套、内外喷头、菱形支撑板、中间料仓进出口溜槽、料斗；高速提升机、链斗机、取料机中滚动轴套；煤粉制造和输送系统的异径管、弯管；风机及收尘系统的弯管、楔形管、梯形板、高温风机叶片等;

（5）、能源行业

燃煤发电厂给煤机、排粉风机、引风机、燃烧器、收尘器、煤灰分级机、灰渣泵以及灰渣管道、阀门等；煤炭行业的煤矿掘进、采煤、输煤、洗选及煤炭深加工设备；石油行业的钻机、采油机、泥浆泵、井控机械等;

（6）、轻工行业

轻工行业的塑料、橡胶、陶瓷、玻璃、造纸、烟草、食品、家用电器、五金等机械;

工程塑料机械中的螺旋套、捏合块；陶瓷行业中真空挤压螺旋、粉碎机转子、叶片、混合机浆叶等;

（7）、模具行业

铝压铸模、冷挤模、拉伸模、热锻模、耐火砖模;

（8）、通用行业

金属和非金属矿石、炉渣、水泥、粮食、废旧轮胎和塑料等固体物料份体化的主要手段;

在各种各样的机械粉碎机中，磨损最快的是转子、动刀、锤片、刀片等零部件;

石灰石超细粉碎机中的刀片，粉碎涂料和油漆的砂磨机分散盘和筒体，高效分级机的导流板。