CN103436944A - 一种非晶铁磷合金/v8c7复合镀层及其电镀工艺 - Google Patents

一种非晶铁磷合金/v8c7复合镀层及其电镀工艺 Download PDF

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一种非晶铁磷合金/V8C7复合镀层及其电镀工艺，所述复合镀层的基体材质为非晶态Fe-P合金，Fe含量为复合镀层的60-89wt%，P含量为复合镀层的10-30wt%，所述复合镀层中含有固体微粒V8C7，含量为复合镀层的1-10wt%。本发明还包括所述非晶铁磷合金/V8C7复合镀层的电镀工艺。本发明非晶铁磷合金/V8C7复合镀层兼有V8C7和非晶合金的性能，具有高强、高塑、高耐磨、高转变温度等优点。

Description

一种非晶铁磷合金/V8C7复合镀层及其电镀工艺
技术领域
本发明涉及一种复合镀层及其电镀工艺，尤其是涉及一种非晶铁磷合金/V8C7复合镀层及其电镀工艺。
背景技术
复合电镀是采用电化学方法使金属（或合金）与固体微粒（或纤维）共沉积，从而获得复合镀层。复合镀层中基质金属和固体微粒之间几乎不发生扩散现象，因此兼有基体金属和固体微粒的综合性能。复合镀层可以含有各种不同的金属或合金以及各种不同类型的微粒，其技术适用性和实用性宽广，具有较强的可变性和可操作性，应用将日益广泛。
非晶结构上的特殊性(短程有序)，使得非晶材料与传统金属相比，具有优良的力学性能、抗腐蚀能力、化学活性等优点。但非晶材料在应力作用下易诱发局域绝热剪切带形成单重剪切裂纹而突然断裂失效，而在断裂失效前几乎不展现塑性变形特征，这极大地限制了非晶材料作为结构材料的应用。另一方面，非晶的结构特点决定其处于热力学的亚稳状态，这也限制了非晶材料在较高温度场合下的使用。因此，如何改善非晶材料的宏观塑性、冲击韧性以及提高其组织的稳定性，拓展其应用领域，一直是研究者不懈追求的目标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在宏观塑性、冲击韧性以及组织的稳定性方面具有良好性能的非晶铁磷合金/V8C7复合镀层及其电镀工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明之非晶铁磷合金/V8C7复合镀层，所述复合镀层的基体材质为非晶态Fe-P合金，Fe含量为复合镀层的60-89wt%（优选70-85wt%），P含量为复合镀层的10-30wt%（优选12-22wt%），所述复合镀层中含有固体微粒V8C7，含量为复合镀层的1-10wt%（优选3-7wt%）。
本发明之非晶铁磷合金/V8C7复合镀层的电镀工艺，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：金属表面的整平采用机械抛光，采用2-5wt%氢氧化钠溶液脱脂10-20min，脱脂后采用3-6wt%盐酸溶液或3-5wt%硫酸溶液活化被镀表面1-5min；
（2）V8C7微粒的活化处理：将V8C7微粒加入到15-25wt%的盐酸溶液中，加热至60-80℃处理10-30min，用水清洗2-4次，备用；
（3）复合电镀液的配制；将亚铁盐、硼酸、十二烷基硫酸钠、V8C7、氯化钾、抗坏血酸、次磷酸钠加入蒸馏水或去离子水中，加热至40-60℃，再加入磷酸调节pH值至1.5-2.5，机械搅拌1-3h，得复合电镀液；
所述复合电镀液中：亚铁盐0.5-1.5mol/L，硼酸15-50g/L，十二烷基硫酸钠0.5-2.5g/L，V8C7 5-30g/L（优选10-20g/L），氯化钾10-40g/L（优选20-30g/L），抗坏血酸1-5g/L（优选2-3g/L），次磷酸钠20-50g/L，磷酸10-30ml/L；
（4）复合镀层的制备：预处理后的镀件接入电镀槽阴极，阳极采用石墨或不锈钢，搅拌电镀液或移动镀件，电流密度为50-400mA/mm2（优选100-250mA/mm2），温度为40-60℃，电镀10-30min后，水洗、吹干；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度150-300℃下保温0.5-3h，以消除镀层的内应力和除氢。
进一步，步骤（3）中，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或两者的混合物。
研究表明，铁磷非晶合金具有高强、良好的耐磨和耐蚀等优异性能，且原材料成本低廉，是复合镀层理想的基体材料，而V8C7作为一种非化学计量化合物，具有很高的强度、硬度和熔点等特点，并作为钢铁和硬质合金工业中的一种高效晶粒长大抑制剂，可在提高非晶合金镀层的耐磨性、塑性、冲击韧性及组织稳定性方面发挥作用，两者的综合利用可进一步提升复合镀层性能。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、与真空镀法、液态急冷法等方法制备非晶材料相比，电镀法具有设备投资少、镀液成分简单，稳定性高，寿命较长，原材料利用率高等特点，而与内生复合法制备非晶复合材料相比，能源消耗更少、组织更均匀；
2、利用V8C7的高硬度以抑制非晶变形时单一剪切带的滑移，促使多重剪切带的产生和滑移，提高非晶复合镀层的宏观塑性和冲击韧性，同时也增强复合镀层的耐磨性；利用V8C7对晶粒长大的高效抑制作用，提高组织的稳定性；
3、兼有V8C7和非晶合金的性能，复合镀层具有高强、高塑、高耐磨、高转变温度等优点；
4、可通过调整电镀液主要成分（亚铁盐、次磷酸钠、V8C7）的浓度配比，获得不同成分的复合镀层，满足不同场合的性能要求。
具体实施方式
 以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例之非晶铁磷合金/V8C7复合镀层，所述复合镀层的基体材质为非晶态Fe-P合金，Fe含量为复合镀层的84.4wt%，P含量为复合镀层的12.4wt%，所述复合镀层中含有固体微粒V8C7，含量为复合镀层的3.2wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：镀材选用25号钢板，经铣、磨、研磨加工被镀表面后，采用3wt%氢氧化钠溶液清洗20min去油脂，然后采用5wt%盐酸溶液浸泡2min活化被镀表面；
（2）V8C7微粒的活化处理：将V8C7微粒加入到20wt%的盐酸溶液中，加热至70℃处理30min，用水清洗3次，备用；
（3）复合电镀液的配制；将氯化亚铁、硼酸、十二烷基硫酸钠、V8C7、氯化钾、抗坏血酸、次磷酸钠加入去离子水中，加热至55℃，再加入磷酸调节pH值至2，机械搅拌1.5h，得复合电镀液；
所述复合电镀液中：氯化亚铁1.0mol/L，硼酸15g/L，十二烷基硫酸钠0.5g/L，V8C7 10g/L，氯化钾20g/L，抗坏血酸2.5g/L，次磷酸钠35g/L，磷酸20ml/L；
（4）复合镀层的制备：预处理后的镀件接入电镀槽阴极，阳极采用石墨，搅拌电镀液，电流密度为120mA/mm2，温度为55℃，电镀20min后，水洗、吹干；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度200℃下保温2h，以消除镀层的内应力和除氢。
本实施例所述的非晶铁磷合金/V8C7复合镀层的硬度为Hv750-850。
  实施例2
本实施例之非晶铁磷合金/V8C7复合镀层，所述复合镀层的基体材质为非晶态Fe-P合金，Fe含量为复合镀层的76.6wt%，P含量为复合镀层的18.1wt%，所述复合镀层中含有固体微粒V8C7，含量为复合镀层的5.3wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：镀材选用Q235号钢板，经铣、磨、研磨加工被镀表面后，采用5wt%氢氧化钠溶液清洗15min去油脂，然后采用5%硫酸溶液清洗5min活化被镀表面；
（2）V8C7微粒的活化处理：将V8C7微粒加入到15wt%的盐酸溶液中，加热至75℃处理40min，用水清洗3次，备用；
（3）复合电镀液的配制；将氯化亚铁、硫酸亚铁、硼酸、十二烷基硫酸钠、V8C7、氯化钾、抗坏血酸、次磷酸钠加入去蒸馏水中，加热至50℃，再加入磷酸调节pH值至1.5，机械搅拌1.5h，得复合电镀液；
所得复合电镀液中：氯化亚铁0.4mol/L，硫酸亚铁0.6mol/L，硼酸25g/L，十二基硫酸钠1g/L，V8C7 20g/L，氯化钾20g/L，抗坏血酸2g/L，次磷酸钠50g/L，磷酸12ml/L；
（4）复合镀层的制备：预处理后的镀件接入电镀槽阴极，阳极采用不锈钢，搅拌电镀液，电流密度为180mA/mm2，温度为50℃，电镀30min后，水洗、吹干；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度200℃下保温1.5h，以消除镀层的内应力和除氢。
本实施例所述的非晶铁磷合金/ V8C7复合镀层的硬度为Hv820-900。

Claims (4)

1. 一种非晶铁磷合金/V8C7复合镀层，其特征在于：所述复合镀层的基体材质为非晶态Fe-P合金，Fe含量为复合镀层的60-89wt%，P含量为复合镀层的10-30wt%，所述复合镀层中含有固体微粒V8C7，含量为复合镀层的1-10wt%。
2.根据权利要求1所述的非晶铁磷合金/V8C7复合镀层，其特征在于：Fe含量为复合镀层的70-85wt%，P含量为复合镀层的12-22wt%，固体微粒V8C7含量为复合镀层的3-7wt%。
3.一种如权利要求1所述的非晶铁磷合金/V8C7复合镀层的电镀工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：金属表面的整平采用机械抛光，采用2-5wt%氢氧化钠溶液脱脂10-20min，脱脂后采用3-6wt%盐酸溶液或3-5wt%硫酸溶液活化被镀表面1-5min；
（2）V8C7微粒的活化处理：将V8C7微粒加入到15-25wt%的盐酸溶液中，加热至60-80℃处理10-30min，用水清洗2-4次，备用；
（3）复合电镀液的配制；将亚铁盐、硼酸、十二烷基硫酸钠、V8C7、氯化钾、抗坏血酸、次磷酸钠加入蒸馏水或去离子水中，加热至40-60℃，再加入磷酸调节pH值至1.5-2.5，机械搅拌1-3h，得复合电镀液；
所述复合电镀液中：亚铁盐0.5-1.5mol/L，硼酸15-50g/L，十二烷基硫酸钠0.5-2.5g/L，V8C7 5-30g/L，氯化钾10-40g/L，抗坏血酸1-5g/L，次磷酸钠20-50g/L，磷酸10-30ml/L；
（4）复合镀层的制备：预处理后的镀件接入电镀槽阴极，阳极采用石墨或不锈钢，搅拌电镀液或移动镀件，电流密度为50-400mA/mm2，温度为40-60℃，电镀10-30min后，水洗、吹干；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度150-300℃下保温0.5-3h，以消除镀层的内应力和除氢。
4.根据权利要求3所述的非晶铁磷合金/V8C7复合镀层的电镀工艺，其特征在于：步骤（3）中，所述亚铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁或两者的混合物。
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