CN104726924A - 一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法 - Google Patents

一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法 Download PDF

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何毅
李函
施太和
罗平亚
范毅
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Abstract

本发明公开了一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法，本发明在镀液中引入了具有良好机械性能并可有效分散的MWCNTs，并且在电镀过程中有效的将MWCNTs沉积分散于Ni-W基质中。本发明通过脉冲电镀共沉积的方法成功的在碳钢基体上制备了Ni-W-MWCNTs复合镀膜。纳米管分散在Ni-W基质中，降低了镀膜的摩擦系数。通过在共沉积过程中有效的改变晶体成核与生长的竞争关系，改善了镀膜结构，使沉积膜层变得更加均匀、致密，削弱了晶间腐蚀，延长了腐蚀介质的扩散路径，提高了自腐蚀电位，有效的抑制了局部腐蚀，提高了钝化膜的稳定性，从而提高了复合镀膜的耐蚀性。

Description

一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及电镀技术领域，尤其涉及一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法。
背景技术
目前制备Ni-W镀膜的方法主要为传统的Ni-W镀膜电镀工艺，主要的镀液组成及工艺参数如表1所示：
表1
Ni-W镀膜制备流程为：砂纸打磨→超声波清洗→除油→超声波清洗→酸洗活化→脉冲电镀→清洗→后处理→成品。
传统的电镀工艺在制备Ni-W镀膜时，电流效率低，沉积速率慢，析氢严重，电化学活性位点少，从而导致沉积过程中所形成镀膜的残余内应力大、晶体晶粒粗大、晶界明显、镀膜表面露点及微裂纹多等缺陷。这些缺陷在Ni-W镀膜实际应用中会首要诱导严重的局部腐蚀发生，影响膜层的机械性能，从而降低Ni-W镀膜的使用寿命。
通过在镀液中引入能够有效分散的多壁碳纳米管，通过其与NiW络合物的吸附共沉积，达到控制晶体结构从而改善镀膜表面形貌的目的。MWCNTs拥有较大的比表面积，沉积过程中金属络合物能吸附于MWCNTs表面，为晶体的形成提供了更多的活性位点，促进了晶核的形成。另一方面，MWCNTs又可以屏蔽较大晶体的继续生长，起到了减缓晶体生长的作用。此外，拥有高强度的MWCNTs分散填充在镀膜中通过弥散强化作用，有效的减少了镀膜的内应力改善了镀膜的机械性能。最终Ni-W-MWCNTs复合镀膜表现为晶粒细小、结构均匀致密。复合镀膜的机械及耐蚀性均得到有效提高。
所制备的Ni-W-MWCNTs复合镀膜有效的改善了基体的耐磨性能，显著降低滑动摩擦系数，提高了基材在各类摩擦环境中的使用寿命。另一方面，由于所引入的多壁碳纳米管拥有非常高的强度，复合镀膜的硬度得到提高。此外，碳纳米管通过填充于镀层的缝隙与晶界间，使镀膜结构变得致密，提高镀膜的自腐蚀电位，抑制局部腐蚀缺陷的扩散，从而显著提高了基材的耐蚀性。以上性能的改善对于金属类基材在石油钻采等特殊环境中的使用具有重大意义。
发明内容
本发明提供了一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液、镀膜及其制备方法。
本发明采用如下技术方案：
本发明的镍钨多壁碳纳米管复合镀液由以下成分组成：
优选：本发明的镀液是由以下成分组成：
利用本发明的复合镀液制备镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的方法如下：
首先将钢片利用砂纸打磨，然后进行超声波清洗，除油，再次进行超声波清洗，然后进行酸洗活化，再进行脉冲电镀，电镀完成进行清洗，后处理后得到成品；脉冲电镀过程中的工艺参数为：电流密度为5-10A/dm2，pH值为7.5-8.5，时间为40-60min，温度为65-75℃，功率为100-1000HZ，占空比为0.6-0.8。
本发明与现有技术相比，具有以下显著特征和有益效果：
本发明在镀液中引入了具有良好机械性能并可有效分散的MWCNTs，并且在电镀过程中有效的将MWCNTs沉积分散于Ni-W基质中。
本发明的复合镀液制备镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的方法工艺简单，0.2％的MWCNTs即可有效的改善提高Ni-W镀膜的各项性能。
本发明通过脉冲电镀共沉积的方法成功的在碳钢基体上制备了Ni-W-MWCNTs复合镀膜。纳米管分散在Ni-W基质中，通过在共沉积过程中有效的改变晶体成核与生长的竞争关系，改善了镀膜结构，使沉积膜层变得更加均匀、致密，削弱了晶间腐蚀，延长了腐蚀介质的扩散路径，提高了自腐蚀电位，有效的抑制了局部腐蚀，提高了钝化膜的稳定性，从而提高了复合镀膜的耐蚀性。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明所作的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明的镍钨多壁碳纳米管复合镀液由以下成分组成：
利用本发明的复合镀液制备镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的方法如下：
首先将钢片利用砂纸打磨，然后进行超声波清洗，除油，再次进行超声波清洗，然后进行酸洗活化，再进行脉冲电镀，电镀完成进行清洗，后处理后得到成品；脉冲电镀过程中的工艺参数为：电流密度为5A/dm2，pH值为8.5，时间为40min，温度为75℃，功率为100HZ，占空比为0.3。
实施例2
本发明的镍钨多壁碳纳米管复合镀液由以下成分组成：
利用本发明的复合镀液制备镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的方法如下：
首先将钢片利用砂纸打磨，然后进行超声波清洗，除油，再次进行超声波清洗，然后进行酸洗活化，再进行脉冲电镀，电镀完成进行清洗，后处理后得到成品；脉冲电镀过程中的工艺参数为：电流密度为10A/dm2，pH值为7.5，时间为60min，温度为65℃，功率为1000HZ，占空比为0.3。
实施例3
本发明的镍钨多壁碳纳米管复合镀液由以下成分组成：
利用本发明的复合镀液制备镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的方法如下：
首先将钢片利用砂纸打磨，然后进行超声波清洗，除油，再次进行超声波清洗，然后进行酸洗活化，再进行脉冲电镀，电镀完成进行清洗，后处理后得到成品；脉冲电镀过程中的工艺参数为：电流密度为8A/dm2，pH值为8.0，时间为50min，温度为70℃，功率为500HZ，占空比为0.5。
采用JSM-7500F型扫描电子显微镜(SEM)观察镀膜的表面形貌。
通过INCA能谱仪(EDS)分析测试复合镀膜的元素组成及含量。Ni元素含量为：55-60wt.％，W元素含量为：30-40wt.％，MWCNTs含量为：0-10wt.％
采用XPert PRO MPD型X射线衍射仪(XRD)，以Cu Kα辐射，扫描范围为10-80，研究分析复合镀膜的晶体结构及晶粒尺寸。晶体尺寸为：8-15nm。
通过使用CorrTest 310型电化学工作站研究所制备镀膜的耐蚀性。使用三电极体系，其中工作电极为沉积有Ni-W-MWCNTs复合镀膜的45号碳钢，有效面积为25mm×15mm，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)，腐蚀介质为质量分数3.5％的NaCl水溶液。复合镀膜的阻抗显著提高，自腐蚀电位从-0.50V升至-0.30V，腐蚀电流密度从8.0uA/cm2降至1.0uA/cm2。
通过MS-T3000旋转摩擦仪测试复合镀膜的滑动摩擦系数，氧化铝磨球，载荷10N，转速300r/min，测试时间为30min。复合镀膜的摩擦系数从0.45减至0.20。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种镍钨多壁碳纳米管复合镀液，其特征在于：所述的镀液是由以下成分组成：
2.如权利要求1所述的镍钨多壁碳纳米管复合镀液，其特征在于：所述的镀液是由以下成分组成：
3.一种由权利要求1或2所述的复合镀液电镀而成的镍钨多壁碳纳米管复合镀膜。
4.如权利要求3所述的镍钨多壁碳纳米管复合镀膜，其特征在于：所述镍钨多壁碳纳米管复合镀膜的制备方法如下：
首先将钢片基材利用砂纸打磨，然后进行超声波清洗，除油，再次进行超声波清洗，然后进行酸洗活化，再进行脉冲电镀，电镀完成进行清洗，后处理后得到成品；脉冲电镀过程中的工艺参数为：电流密度为5-10A/dm2，pH值为7.5-8.5，时间为40-60min，温度为65-75℃，功率为100-1000HZ，占空比为0.3-0.8。
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