CN104342729B - 一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法 - Google Patents

一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种镍钼铝稀土镀层及制备方法，所述镍钼铝稀土镀层由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为53.90～19.47%：33.68～42.83%：9.00～18.50%：3.42～19.20%。其制备方法即先在离子液体中加入镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐，搅拌溶解得镍盐‑钼化合物‑铝盐‑稀土盐‑离子液体电镀液，然后将待镀的镀件作为阴极，阳极为镍，放入其中进行电镀，电镀过程中控制电流密度10～25A/dm2，温度30～60℃，转速100～600rpm，时间10～60min，电镀完毕后将镀件冲洗，风干，在镀件表面得抗氧化腐蚀性能强的镍钼铝稀土镀层。

Description

一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镍钼铝稀土镀层及其制备方法。
背景技术
随着航空发动机向高推重比发展要求航空发动机的设计进口温度不断提高，单独使用高温结构材料技术已不能满足先进航空发动机迅速发展的迫切要求。目前大幅度提高航空发动机工作温度的切实可行的方法是采用热障涂层技术。获得实际应用的热障涂层大多为双层结构，陶瓷层由于具有隔热、抗腐蚀、冲刷和侵蚀性能，作为热障涂层的表层。由于陶瓷与高温结构材料的热膨胀系数不匹配，需要起着抗高温氧化腐蚀和改善基体与陶瓷涂层物理相容性的作用的金属粘结层，金属粘结层为底层。
目前热障涂层采用镍镀层、镍钼镀层、镍钼稀土镀层、镍钼-二硅化钼镀层、镍钼稀土-二硅化钼镀层作为粘结层，但上述各粘结层材料均存在抗氧化腐蚀性能不很强等技术问题。
发明内容
本发明的目的之一是为了解决上述的镍钼等镀层存在的抗氧化腐蚀性能不很强等技术问题而提供一种镍钼铝稀土镀层。即在镍钼镀层中添加铝和稀土，可使镀层在氧化过程中形成Al2O3保护性氧化膜和提高镀层的抗氧化腐蚀性，可解决镍钼镀层的抗氧化腐蚀性能不很强等技术问题。
本发明的目的之二在于提供上述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法。
本发明的技术方案
一种镍钼铝稀土镀层，由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为53.90～19.47%：33.68～42.83%：9.00～18.50%：3.42～19.20%。
上述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在离子液体中加入镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐，搅拌使溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸、1-甲基-咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物、1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物、1-丁基-1-甲基-吡咯烷二（三氟甲基磺酰亚胺）中的一种或两种以上组成的混合物；
其中镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或两种以上组成的混合物；
钼化合物为五氯化钼、钼酸铵、磷钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种以上组成的混合物；
铝盐为三氯化铝、硫酸铝中的一种或两种以上组成的混合物；
稀土盐为稀土硝酸盐、稀土氯化物中的一种或两种以上的稀土盐的混合物，其中所述稀土硝酸盐为硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥或硝酸钇，所述稀土氯化物为氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥或氯化钇；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐的摩尔比为 1:0.01-0.5:0.005-0.09:1.0- 1.2:0.0003-0.01；
（2）、将待镀的镀件作为阴极，阳极为镍，放入步骤（1）所得的镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度10～25A/dm2，温度30～60℃，转速100～600rpm，时间10～60min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝稀土镀层。
本发明的有益效果
本发明的镍钼铝稀土镀层，由于在镍钼镀层中添加铝和稀土，可使镀层在氧化过程中形成Al2O3保护性氧化膜和提高镀层的抗氧化腐蚀性，从而使镍钼稀土铝镀层的抗氧化腐蚀性相对于镍钼镀层和镍钼铝镀层的抗氧化腐蚀性都更强。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼铝稀土镀层中铝和稀土含量分别为9.00～18.50%和3.42～19.20%。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
本发明各实施例中所用的各种原料的规格及生产厂家的信息，均为市售。
实施例1
一种镍钼铝稀土镀层，由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为53.90%：33.68%：9.00%：3.42%。
上述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在191g离子液体中加入2.9g镍盐、1.4g钼化合物、342g铝盐、0.0978g稀土盐，搅拌使溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液即硝酸镍-五氯化钼-硫酸铝-硝酸铈-1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物；
其中镍盐为硝酸镍；
钼化合物为五氯化钼；
铝盐为硫酸铝；
稀土盐为稀土硝酸盐即硝酸铈；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐的摩尔比为 1:0.01:0.005:1.0:0.0003；
（2）、将待镀的镀件60mm×60mm×0.5mm的待镀镍合金板作为阴极，阳极为70mm×70mm×2mm的电解镍板，放入步骤（1）中所得的电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度10A/dm2，温度30℃，转速100rpm，时间60min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝稀土镀层即镍钼铝铈镀层。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼铝铈镀层中镍、钼、铝、铈含量，按质量百分比计算分别为53.90%、33.68%、9.00%、3.42%。
将上述镀有镍钼铝铈镀层的镀件在1100℃空气中恒温氧化48h，随后自然炉冷至室温，用BS224S型电子天秤分别测定镀件氧化前的质量与氧化后的质量，得该镀件氧化后质量增加为0.03mg/cm2。
实施例2
一种镍钼铝稀土镀层，由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为19.47%：42.83%：18.50%：19.20%。
上述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在198g离子液体中加入78g镍盐、17.6g钼化合物、160g铝盐、2.45g稀土盐，搅拌溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液即氯化镍-硫酸镍-钼酸铵-三氯化铝-氯化镧-1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸；
其中镍盐为氯化镍与硫酸镍按质量比为1.977:1组成的混合物；
钼化合物为钼酸铵；
铝盐为三氯化铝；
稀土盐为稀土硝酸盐即氯化镧；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐的摩尔比为1:0.5: 0.09:1.2:0.01；
（2）、将待镀的镀件60mm×60mm×0.5mm的待镀镍合金板作为阴极，阳极为70mm×70mm×2mm的电解镍板，放入步骤（1）所得的氯化镍-硫酸镍-钼酸铵-三氯化铝-氯化镧-1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度25A/dm2，温度60℃，转速600rpm，时间10min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝稀土镀层即镍钼铝镧镀层。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼铝镧镀层中镍、钼、铝、镧含量，按质量百分比计算分别为19.47%、42.83%、18.50%、19.20%。
将上述镀有镍钼铝镧镀层的镀件在1100℃空气中恒温氧化48h，随后自然炉冷至室温，用BS224S型电子天秤分别测定镀件氧化前的质量与氧化后的质量，得该镀件氧化后质量增加为0.04mg/cm2。
实施例3
一种镍钼铝稀土镀层，由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为33.86%：35.12%：14.5%：16.52%。
上述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在147g离子液体中32.4g镍盐、10.89g钼化合物、147g铝盐、1.28g稀土盐，搅拌溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液即氯化镍-钼酸钠-三氯化铝-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物；
其中镍盐为氯化镍；
钼化合物为钼酸钠；
铝盐为三氯化铝；
稀土盐为稀土氯化物即氯化钐；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐的摩尔比为1: 0.25:0.045:1.1:0.005；
（2）、将待镀的镀件60mm×60mm×0.5mm的待镀镍合金板作为阴极，阳极为70mm×70mm×2mm的电解镍板，放入步骤（1）所得的氯化镍-钼酸钠-三氯化铝-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度17.5A/dm2，温度45℃，转速600rpm，时间35min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝稀土镀层即镍钼铝钐镀层。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼铝钐镀层中镍、钼、铝、钐含量，按质量百分比计算分别为33.86%、35.12%、14.5%、16.52%。
将上述镀有镍钼铝钐镀层的镀件在1100℃ 空气中恒温氧化48h，随后自然炉冷至室温，用BS224S型电子天秤分别测定镀件氧化前的质量与氧化后的质量，得该镀件氧化后质量增加为0.02mg/cm2。
实施例4(实施例3的对照实施例)
一种镍钼镀层，由镍、钼、二种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼为68.18%：31.82%。
上述的一种镍钼镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在147g离子液体中32.4g镍盐、10.89g钼化合物、0.0333g电镀调控剂，搅拌溶解，得到镍盐-钼化合物-电镀调控剂-离子液体电镀液即氯化镍-钼酸钠-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物；
其中镍盐为氯化镍；
钼化合物为钼酸钠；
电镀调控剂为稀土的氯化物即氯化钐；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:电镀调控剂的摩尔比为1:0.25:0.045: 1.3×10-4；
（2）、将待镀的镀件60mm×60mm×0.5mm的待镀镍合金板作为阴极，阳极为70mm×70mm×2mm的电解镍板，放入步骤（1）所得的氯化镍-钼酸钠-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度17.5A/dm2，温度45℃，转速600rpm，时间35min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼镀层即镍钼镀层。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼镀层中镍、钼含量，按质量百分比计算分别为68.18%、31.82%。
将上述镀有镍钼镀层的镀件在1100℃ 空气中恒温氧化48h，随后自然炉冷至室温，用BS224S型电子天秤分别测定镀件氧化前的质量与氧化后的质量，得该镀件氧化后质量增加为0.41mg/cm2。
实施例5(实施例4的对照实施例)
一种镍钼铝镀层，由镍、钼、铝三种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝为46.26%：36.92%：16.85%。
上述的一种镍钼铝镀层的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）、在147g离子液体中32.4g镍盐、10.89g钼化合物、146.7g铝盐、0.0333g电镀调控剂，搅拌溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-电镀调控剂-离子液体电镀液即氯化镍-钼酸钠-三氯化铝-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物；
其中镍盐为氯化镍；
钼化合物为钼酸钠；
铝盐为三氯化铝；
电镀调控剂为稀土的氯化物即氯化钐；
其中离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:电镀调控剂的摩尔比为1:0.25:0.045:1.1:1.3×10-4；
（2）、将待镀的镀件60mm×60mm×0.5mm的待镀镍合金板作为阴极，阳极为70mm×70mm×2mm的电解镍板，放入步骤（1）所得的氯化镍-钼酸钠-三氯化铝-氯化钐-1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度17.5A/dm2，温度45℃，转速600rpm，时间35min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝镀层即镍钼铝镀层。
采用Bruker AXS Microanalysis GmbH能谱仪测定镍钼镀层中镍、钼、铝含量，按质量百分比计算分别为46.26%、36.92%、16.85%。
将上述镀有镍钼铝镀层的镀件在1100℃ 空气中恒温氧化48h，随后自然炉冷至室温，用BS224S型电子天秤分别测定镀件氧化前的质量与氧化后的质量，得该镀件氧化后质量增加为0.17mg/cm2。
进一步，通过实施例3、实施例4和实施例5的镀件分别在1100℃空气中恒温氧化48h，最终镀件每平方厘米增加的质量的数据结果表明，本发明所得的一种镍钼铝稀土镀层的抗氧化腐蚀性相对于镍钼镀层和镍钼铝镀层的抗氧化腐蚀性都更强。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，所述的镍钼铝稀土镀层由镍、钼、铝、稀土四种元素组成，按质量百分比计算，镍：钼：铝：稀土为53.90～19.47%：33.68～42.83%：9.00～18.50%：3.42～19.20%；其特征在于该方法具体包括如下步骤：
（1）、在离子液体中加入镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐，搅拌使溶解，得到镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液；
其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸、1-甲基-咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物、1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物、1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物、1-丁基-1-甲基-吡咯烷二（三氟甲基磺酰亚胺）中的一种或两种以上组成的混合物；
其中镍盐为硝酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或两种以上组成的混合物；
钼化合物为五氯化钼、钼酸铵、磷钼酸铵、钼酸钠中的一种或两种以上组成的混合物；
铝盐为三氯化铝、硫酸铝中的一种或两种以上组成的混合物；
稀土盐为稀土硝酸盐、稀土氯化物中的一种或两种以上的稀土盐的混合物，其中所述稀土硝酸盐为硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨、硝酸钕、硝酸钐、硝酸铕、硝酸钆、硝酸铽、硝酸镝、硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸镱、硝酸镥或硝酸钇，所述稀土氯化物为氯化镧、氯化铈、氯化镨、氯化钕、氯化钐、氯化铕、氯化钆、氯化铽、氯化镝、氯化钬、氯化铒、氯化铥、氯化镱、氯化镥或氯化钇；
上述离子液体、镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐的用量，按摩尔比计算，即离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐为1:0.01-0.5:0.005-0.09:1.0- 1.2:0.0003-0.01；
（2）、将待镀的镀件作为阴极，阳极为镍，放入步骤（1）所得的镍盐-钼化合物-铝盐-稀土盐-离子液体电镀液中进行电镀，电镀过程中控制电流密度10～25A/dm2，温度30～60℃，转速100～600rpm，时间10～60min，电镀完毕后，将镀件用水冲洗，风干，在镀件的表面即得到一层镍钼铝稀土镀层。
2.如权利要求1所述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑溴化物，镍盐为硝酸镍，钼化合物为五氯化钼，铝盐为硫酸铝，稀土盐为硝酸铈；
所述离子液体、镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐的用量，按摩尔比计算，即离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐为1:0.01:0.005:1.0:0.0003；
步骤（2）中所述的电镀过程中控制电流密度10A/dm2，温度30℃，转速100rpm，时间60min。
3.如权利要求1所述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑四氟硼酸，镍盐为氯化镍与硫酸镍按质量比为1.977:1组成的混合物，钼化合物为钼酸铵，铝盐为三氯化铝，稀土盐为氯化镧；
所述离子液体、镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐的用量，按摩尔比计算，即离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐为1:0.5: 0.09:1.2:0.01；
步骤（2）中所述的电镀过程中控制电流密度25A/dm2，温度60℃，转速600rpm，时间10min。
4.如权利要求1所述的一种镍钼铝稀土镀层的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述其中离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑氯化物，镍盐为氯化镍，钼化合物为磷钼酸铵，铝盐为三氯化铝，稀土盐为氯化钐；
所述离子液体、镍盐、钼化合物、铝盐、稀土盐的用量，按摩尔比计算，即离子液体:镍盐:钼化合物:铝盐:稀土盐为1:0.25:0.045:1.1:0.005；
步骤（2）中所述的电镀过程中控制电流密度17.5A/dm2，温度45℃，转速600rpm，时间35min。
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