CN103334146B - 耐磨纳米复合镀层的电镀方法 - Google Patents

耐磨纳米复合镀层的电镀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了耐磨纳米复合镀层的电镀方法，包括将非金属纳米粉末用蒸馏水调成糊状，然后在搅拌状态下用N2等离子气辐照处理，最后加入普通电镀液进行电镀，即得到耐磨纳米复合镀层。本发明耐磨纳米复合镀层的电镀方法解决了电镀过程中非金属粒子容易沉积在镀槽底部、不易向镀件表面移动使表面非金属粒子含量低、镀层表面耐磨性差的问题，提高了镀层中非金属粒子的含量，从而提高了镀层表面的耐磨性，制备工艺简单，只对普通电镀液加入等离子处理的纳米颗粒即可；适用范围较宽，适用于多种纳米颗粒及电镀液，为耐磨纳米复合镀层的制备提供了新途径。

Description

耐磨纳米复合镀层的电镀方法
技术领域
本发明属于电镀技术领域，具体涉及一种耐磨纳米复合镀层的电镀方法。
背景技术
电镀是一种常见的表面加工方法，随着技术的进步，对电镀层的要求从单一的装饰、防锈向耐磨和特种物理化学功能方向发展。在耐磨镀层制备中，复合镀层是一种常用的方法，即在电镀液中加入耐磨的非金属粒子，非金属粒子的硬度较高，非金属粒子在电镀镀层的沉积过程中进入镀层，镀层在使用过程中非金属粒子会起到防止镀层磨损的作用。由电镀的原理可知，电镀时带正电的离子由于电场的作用移至阴极镀件，正离子在阴极表面沉积成为镀层。而非金属粒子一般为电中性且粒径一般较大，因此在电镀的过程中不存在向镀件表面移动的动力且容易沉积在镀槽的底部。为了解决这一问题，现有常用技术一是对镀液搅拌，靠外力将非金属粒子甩向镀件表面；二是让非金属粒子在溶液中吸附带正电的离子，带正电离子在电场中移动拖曳非金属粒子进入镀件表面。但这两种方法制备的复合电镀镀层中的非金属粒子含量较少，使得复合电镀镀层表面耐磨性的提高有限。因此，如何提高镀层中的非金属粒子的含量从而提高镀层的耐磨性，便成了电镀过程需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐磨纳米复合镀层的电镀方法，解决了现有技术制备的复合电镀镀层中非金属粒子含量少，镀层表面耐磨性低的问题。
本发明所采用的技术方案是：耐磨纳米复合镀层的电镀方法，将非金属纳米粉末用蒸馏水调成糊状，然后在搅拌状态下用N2等离子气辐照处理，最后加入普通电镀液进行电镀，即得到耐磨纳米复合镀层。
本发明的特点还在于，
非金属纳米粉末为TiO2、SiO2或Al2O3中的一种。
非金属纳米粉末与蒸馏水的质量比为1:1。
搅拌速率为200-300r/min。
N2等离子气采用PM-V82型N2等离子发生器，功率：2000VA、处理宽度：8-15mm、频率：18-25kHz，N2压力为0.15-0.3MPa。
辐照处理时间为0.5-2min。
纳米粉末加入量为普通电镀液质量分数的1%-4%。
普通电镀液为电镀Cr、Ni、Cu或Zn溶液。
本发明的有益效果是：本发明耐磨纳米复合镀层的电镀方法，解决了电镀过程中非金属粒子容易沉积在镀槽底部、不易向镀件表面移动使表面非金属粒子含量低、镀层表面耐磨性差的问题，提高了镀层中非金属粒子的含量，从而提高了镀层表面的耐磨性，本发明制备工艺简单，只对普通电镀液加入等离子处理的纳米颗粒即可，无需对电镀工艺进行调整；适用范围较宽，适用于多种纳米颗粒及电镀液，为耐磨纳米复合镀层的制备提供了新途径。
附图说明
图1是普通电镀Zn、未经等离子处理和实施例4等离子处理得到的TiO2-Zn复合镀层的摩擦系数图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明耐磨纳米复合镀层的电镀方法，包括如下步骤：
第一步，将非金属纳米粉末TiO2、SiO2或Al2O3和蒸馏水按照质量比1:1调成糊状；
第二步，将第一步得到的糊状纳米粉末在200-300r/min的搅拌速率下用PM-V82型N2等离子发生器（功率：2000VA、处理宽度：8-15mm、频率：18-25kHz，N2压力为0.15-0.3MPa）辐照处理0.5-2min；
第三步，将第二步得到的N2等离子处理的纳米粉末按质量分数1%-4%加入普通电镀Cr、Ni、Cu或Zn溶液进行电镀，即得到耐磨纳米复合镀层。
本发明耐磨纳米复合镀层的电镀方法，解决了电镀过程中非金属粒子容易沉积在镀槽底部、不易向镀件表面移动使表面非金属粒子含量低、镀层表面耐磨性差的问题，提高了镀层中非金属粒子的含量，从而提高了镀层表面的耐磨性。本发明采用等离子气处理纳米粒子，使纳米粒子吸附带正电荷的等离子气，在电镀的外电场作用下，这些吸附了带正电荷的纳米粒子容易向阴极镀件表面移动，使镀件表面含有较多的非金属纳米颗粒。该方法制备工艺简单，只对普通电镀液加入等离子处理的纳米颗粒即可，无需对电镀工艺进行调整；适用范围较宽，适用纳米TiO2、SiO2、Al2O3等多种纳米颗粒及Cr、Ni、Cu、Zn等电镀液，为耐磨纳米复合镀层的制备提供了新途径。
实施例1
第一步，将非金属纳米粉末TiO2和蒸馏水按照质量比1:1调成糊状；
第二步，将第一步得到的糊状纳米粉末在200r/min的搅拌速率下用PM-V82型N2等离子发生器（功率：2000VA、处理宽度：8mm、频率：18kHz，N2压力为0.15MPa）辐照处理0.5min；
第三步，将第二步得到的N2等离子处理的纳米粉末按质量分数1%加入普通电镀Cr溶液进行电镀，即得到耐磨纳米TiO2-Cr复合镀层。
实施例2
第一步，将非金属纳米粉末SiO2和蒸馏水按照质量比1:1调成糊状；
第二步，将第一步得到的糊状纳米粉末在250r/min的搅拌速率下用PM-V82型N2等离子发生器（功率：2000VA、处理宽度：10mm、频率：20kHz，N2压力为0.2MPa）辐照处理1min；
第三步，将第二步得到的N2等离子处理的纳米粉末按质量分数2%加入普通电镀Ni溶液进行电镀，即得到耐磨纳米SiO2-Ni复合镀层。
实施例3
第一步，将非金属纳米粉末Al2O3和蒸馏水按照质量比1:1调成糊状；
第二步，将第一步得到的糊状纳米粉末在300r/min的搅拌速率下用PM-V82型N2等离子发生器（功率：2000VA、处理宽度：12mm、频率：22kHz，N2压力为0.3MPa）辐照处理1.5min；
第三步，将第二步得到的N2等离子处理的纳米粉末按质量分数3%加入普通电镀Cu溶液进行电镀，即得到耐磨纳米Al2O3-Cu复合镀层。
实施例4
第一步，将非金属纳米粉末TiO2和蒸馏水按照质量比1:1调成糊状；
第二步，将第一步得到的糊状纳米粉末在280r/min的搅拌速率下用PM-V82型N2等离子发生器（功率：2000VA、处理宽度：15mm、频率：25kHz，N2压力为0.28MPa）辐照处理2min；
第三步，将第二步得到的N2等离子处理的纳米粉末按质量分数4%加入普通电镀Zn溶液进行电镀，即得到耐磨纳米TiO2-Zn复合镀层。
采用自制摩擦磨损试验机对普通电镀Zn、未经等离子处理和本实施例4等离子处理得到的TiO2-Zn复合镀层进行耐磨性能测试，测试条件：载荷200g、GCr15磨球尺寸Φ5mm、摩擦半径Φ6mm、时间30min、转速300r/min、每2.5s计摩擦力AD一次。计算公式：摩擦系数=AD/200。结果如图1所示，普通电镀锌层的摩擦系数最小，未经等离子处理所获得的复合镀层的摩擦系数比普通镀锌层的摩擦系数稍大，而本实施例4等离子处理得到的复合镀层摩擦系数最大，耐磨性最好。
对本发明实施例4得到的纳米TiO2-Zn复合电镀镀层与普通电镀法得到的纳米TiO2-Zn复合电镀镀层进行表面能谱分析，本实施例4得到的复合镀层中Ti原子的质量百分比为0.44%，而同等条件下未经等离子处理得到的复合镀层中Ti原子的质量百分比仅为0.08%，说明经等离子处理的纳米粒子在电镀外电场作用下，更容易向阴极镀件表面移动，使镀件表面的非金属纳米颗粒含量提高。
采用HX-1000型显微硬度计对本实施例4得到的纳米TiO2-Zn复合电镀镀层与未经等离子处理制备的纳米TiO2-Zn复合电镀镀层进行显微硬度测试，测试条件：载荷50g，加载时间15s，每个试样上分别取5个点测试，结果表明，本实施例4得到的复合电镀镀层的硬度与相同工艺未经等离子处理得到的复合电镀镀层的硬度相比，由173HV提高到213HV，有较大提高。

Claims (5)

1.耐磨纳米复合镀层的电镀方法，其特征在于，包括如下步骤：
将非金属纳米粉末TiO2、SiO2或Al2O3用蒸馏水调成糊状，所述非金属纳米粉末与蒸馏水的质量比为1:1，然后在搅拌状态下用N2等离子气辐照处理0.5-2min，功率：2000VA、处理宽度：8-15mm、频率：18-25kHz，N2压力为0.15-0.3MPa，最后加入普通电镀液进行电镀，即得到耐磨纳米复合镀层。
2.如权利要求1所述的耐磨纳米复合镀层的电镀方法，其特征在于，所述搅拌速率为200-300r/min。
3.如权利要求1所述的耐磨纳米复合镀层的电镀方法，其特征在于，所述N2等离子气采用PM-V82型N2等离子发生器。
4.如权利要求1所述的耐磨纳米复合镀层的电镀方法，其特征在于，所述纳米粉末加入量为普通电镀液质量分数的1％-4％。
5.如权利要求1所述的耐磨纳米复合镀层的电镀方法，其特征在于，所述普通电镀液为电镀Cr、Ni、Cu或Zn溶液。
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