CN105420775A - 一种在碳钢基体上制备La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在碳钢基体上制备La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层的方法。其首先对碳钢进行抛光、除油和浸蚀处理；然后以碳钢为阴极，镀铂的金属钛网板为阳极，在恒温水浴条件下进行电沉积制得La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层。本发明采用在Ni-Mo-W基础沉积液中加入稀土元素镧(La)和氧化石墨烯(GO)及十二烷基硫酸钠与吐温-80进行复配(SDS-T80)的表面活性剂方法在碳钢表面制备复合沉积层，所制得的La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层具有厚度均匀、耐腐蚀性好、硬度高、耐磨性好优点。

Description

一种在碳钢基体上制备La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电镀技术领域，具体的说，涉及一种在碳钢基体上制备La-Ni-Mo-W/GO 复合沉积层的方法。

背景技术

[0002] 低碳钢作为一种重要的功能结构金属材料，广泛应用于化工、冶金、电子信息等领 域。但其表面质软且具有较高的活性，导致低碳钢已很难满足某些特定的要求，因而迫切需 要改善其表面性能，这也是目前材料科学中一个非常重要的研究方向。电沉积技术是最有 效的方法之一。电镀（电沉积）是利用电解原理使镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还 原而在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，使金属或其它材料制件的表面 附着一层金属膜的工艺从而起到防止金属氧化（如锈蚀），提高耐磨性、导电性、反光性、抗 腐蚀性（硫酸铜等）及增进美观等作用。随着科技的进步，单一金属镀层已不能满足社会 的需要。复合电镀（亦称分散电镀）是固体颗粒与金属共沉积从而在基体上获得基质金属 (或称为主体金属）上弥散分布颗粒结构的复合镀层。即将固体不溶性固体微粒均匀分散 在电镀液中，制成悬浮液进行电镀。研究表明，复合粒子的加入会改变镀层的结构和性能， 不同的粒子对镀层的影响不同，根据不同微粒的特性如Sic具有高硬度耐高温特性，1〇&具 有润滑性和自修复特性，使其与电镀基质金属共沉积，从而获得具有耐磨、自润滑、耐蚀、装 饰、电接触等功能镀层。上述固体微粒指各种难熔的氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等。电 镀基质金属有镍、铜、络和一些合金。

[0003] 稀土元素具有较大的原子半径和特殊的电子结构，物理、化学、电磁和光学性能良 好，因而在材料制备上被广泛的应用，以提高镀件的耐腐蚀性、稳定性、析氢活性等。由于 Ni-Mo-W合金有着相对优异性能而被广泛关注，但随着社会的发展，人们对材料的要求也越 来越苛刻，目前在很多领域已很难满足需求，急需更优异的沉积层来对基体进行改性。目前 改善沉积层活性和稳定性的方法众多，将氧化石墨烯（G0)引入到RE-Ni-Mo-W沉积层中的 相关报道还没有，且目前关于增加 G0在涂层中的方法也只是停留在单一的表面活性剂中， 但单一的表面活性剂效果并不显著。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在碳钢基体上制备 La-Ni-M〇-W/G0复合沉积层的方法。该方法将稀土兀素 RE和G0共同引入到Ni_Mo_W沉积 层中，并在电沉积液中加入复配的表面活性剂，即将阴离子A与非离子B进行复配后加入到 电沉积液中，明显改善了复合沉积层中G0的含量，进而进一步改善了复合沉积层的性能。

[0005] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现。

[0006] -种在碳钢基体上制备La-Ni-M〇-W/G0复合沉积层的方法，具体步骤如下：

[0007] ①对碳钢进行预处理，所述预处理包括对碳钢依次进行抛光、除油、浸蚀以及活化 处理的步骤；

[0008] ②复合电沉积：将配制好的电沉积液加热到25~35°C，然后以预处理好的碳钢为 阴极，镀铂的金属钛网板为阳极插入到电沉积液中，通电20~40分钟，取出后用去离子水 清洗，然后再20~40°C下干燥，即制得La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层；其中：所述电沉积液组 成及含量如下：

[0009] 硫酸镍 30~90g/L 钼酸钠 2.5~25g/L 柠檬酸三钠 5:0~1關：g/L -朽"檬酸氨 100~150gZL 硝酸镧 0.5~lg/L 钨酸钠 15-3:〇g/L 复配表面活性剂 80~150mg/L 00 0.i-10g/L

[0010] 余量为蒸馏水。

[0011] 上述步骤①中，除油处理方法如下：将碳钢放入碱洗液中，在50~60°C下超声处 理10~15分钟，然后用去离子水反复冲洗。

[0012] 上述步骤①中，浸蚀处理方法如下：将碳钢放入酸液中，在20~30°C下处理3~5 分钟，然后用去离子水反复冲洗。

[0013] 上述步骤①中，活化处理方法如下：将碳钢放入活化液中，在15~30°C下处理 5~10分钟，然后用去离子水反复冲洗。

[0014] 上述步骤②中，复配表面活性剂由十二烷基硫酸钠和吐温-80进行复配而成。

[0015] 上述的电沉积液通过如下步骤的方法制备：按照重量比和体积比分别称取或者量 取氧化石墨烯、硫酸镍、钼酸钠、柠檬酸三钠、十二烷基硫酸钠、硝酸镧，在配制沉积液时，先 将氧化石墨烯、加入到含有复配表面活性剂的蒸馏水中进行润湿分散，然后再加入到主盐 溶液中，最后用氨水溶液调节pH值8. 5-10,即得到所需电沉积液。

[0016] 本发明的有益效果在于：本发明采用先对碳钢基体进行预处理，然后以电沉积的 方法在低碳钢基体上制备La-Ni-M〇-W/G0复合沉积层。该工艺制备方法简单，可连续化生 产；并且制得的复合沉积层与无稀土元素及不添加 G0沉积层做比较，运用SEM、AFM方法对 制备的涂层进行了微观形貌表征，发现本发明方法制备的复合沉积层表面光洁平滑、无空 隙，与基体的结合力更好。通过运用硬度计、摩擦磨损试验机及动电位计划曲线（Tafel)和 电化学交流阻抗（EIS)等手段，对性能也进行了表征，其硬度更高、耐磨性能与耐腐蚀性能 得到了显著的改善。。

具体实施方式

[0017] 下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于 下述实施例。

[0018] 本发明各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。

[0019] 实施例1

[0020] 碳钢基体的规格为：50_X20_X3mm。

[0021] ①碳钢的抛光：依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂纸打磨碳钢进行抛光 出去碳钢表面的氧化层。然后用去离子水冲洗，待用。

[0022] ②碳钢的除油：将碳钢放入浓度20%的100ml氢氧化钠溶液中，在55°C下超声处 理15分钟，除去油污。然后用去离子水冲洗，待用。

[0023] ③碳钢的浸蚀：将碳钢放入浓度30%的100ml硝酸溶液中，在30°C下处理4分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0024] ④碳钢的活化：将碳钢放入浓度50%的100ml盐酸溶液中，在20°C下处理7分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0025] ⑤电沉积：将配制好的200ml电沉积液搅拌加热到30°C，其中电沉积液中SDS-T80 复配的表面活性剂摩尔比例为1 :1。然后将预处理好的碳钢作为阴极，镀铂的金属钛网板 为阳极插入到电沉积液中，控制电流密度为4A/dm2'电沉积时间40分钟，取出后用去离子水 清洗，然后再25°C下干燥即可在碳钢表面制得La-Ni-Mo-W/GO复合镀层。

[0026] 上述电沉积液的组成及含量如下：

[0027] 硫酸镍 50g/L 钼酸钠 5g/L 柠檬酸三钠 50g/L 梓檬酸氨 ]00g/L

[0028] 硝酸镧 ：0.Sg/L 钨酸钠 15g/L SDS TSO 80mg/L GO 0,2g/L· 余量为蒸馈水。

[0029] 实施例2

[0030] 碳钢基体的规格为：50_X20_X3mm。

[0031] ①碳钢的抛光：依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂纸打磨碳钢进行抛光 出去碳钢表面的氧化层。然后用去离子水冲洗，待用。

[0032] ②碳钢的除油：将碳钢放入浓度20%的100ml氢氧化钠溶液中，在55°C下超声处 理15分钟，除去油污。然后用去离子水冲洗，待用。

[0033] ③碳钢的浸蚀：将碳钢放入浓度30%的100ml硝酸溶液中，在30°C下处理4分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0034] ④碳钢的活化：将碳钢放入浓度50%的100ml盐酸溶液中，在20°C下处理7分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0035] ⑤电沉积：将配制好的200ml电沉积液搅拌加热到30°C，其中电沉积液中SDS-T80 复配的表面活性剂摩尔比例为3 :1。然后将预处理好的碳钢作为阴极，镀铂的金属钛网板 为阳极插入到电沉积液中，控制电流密度为4A/dm2,电沉积时间40分钟，取出后用去离子水 清洗，然后再25°C下干燥即可得到表面覆有复配表面活性剂/La-Ni-Mo-W镀层的构件。

[0036] 上述电沉积液的组成及含量如下：

[0037] 硫酸镍 50g/L 钼酸钠 5g/L 柠檬酸三钠 50g/L 柠檬酸氨 l〇〇g/L 硝酸镧 0.7g/L 钨酸钠 20g/L SDS-T'80 100mg/L GO 0.5g/L 余量为蒸镲水。

[0038] 实施例3

[0039] 碳钢基体的规格为：50_X20_X3mm。

[0040] ①碳钢的抛光：依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂纸打磨碳钢进行抛光 出去碳钢表面的氧化层。然后用去离子水冲洗，待用。

[0041] ②碳钢的除油：将碳钢放入浓度20%的100ml氢氧化钠溶液中，在55°C下超声处 理15分钟，除去油污。然后用去离子水冲洗，待用。

[0042] ③碳钢的浸蚀：将碳钢放入浓度30%的100ml硝酸溶液中，在30°C下处理4分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0043] ④碳钢的活化：将碳钢放入浓度50%的100ml盐酸溶液中，在20°C下处理7分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0044] ⑤电沉积：将配制好的200ml电沉积液搅拌加热到30°C，其中电沉积液中SDS-T80 复配的表面活性剂摩尔比例为1 :1。然后将预处理好的碳钢作为阴极，镀铂的金属钛网板 为阳极，插入到电沉积液中，控制电流密度为4A/dm2,电沉积时间40分钟，取出后用去离子 水清洗，然后再25°C下干燥即可得到表面覆有复配表面活性剂/La-Ni-Mo-W镀层的构件。

[0045] 上述电沉积液的组成及含量如下：

[0046] 硫酸镍 30g/L 钼酸钠 3g/L 柠檬酸三钠 50g/L 柠檬酸氨 100g/L 硝酸镧 0.5g/L 钨酸钠 20g/L SDS-T80 100mg/L GO lg/L 余量为蒸馏水。

[0047] 实施例4

[0048] 碳钢基体的规格为：50_X20_X3_。

[0049] ①碳钢的抛光：依次采用400#，800#，1200#，2000#的金相砂纸打磨碳钢进行抛光 出去碳钢表面的氧化层。然后用去离子水冲洗，待用。

[0050] ②碳钢的除油：将碳钢放入浓度20%的100ml氢氧化钠溶液中，在55°C下超声处 理15分钟，除去油污。然后用去离子水冲洗，待用。

[0051 ] ③碳钢的浸蚀：将碳钢放入浓度30%的100ml硝酸溶液中，在30°C下处理4分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0052] ④碳钢的活化：将碳钢放入浓度50%的100ml盐酸溶液中，在20°C下处理7分钟， 然后用去离子水反复冲洗，待用。

[0053] ⑤电镀：将配制好的200ml电沉积液搅拌加热到30 °C，其中电沉积液中SDS-T80 复配的表面活性剂摩尔比例为7 :1。然后将预处理好的碳钢作为阴极，镀铂的金属钛网板 为阳极插入到电沉积液中，控制电流密度为4A/dm2,电沉积时间40分钟，取出后用去离子水 清洗，然后再25°C下干燥即可得到表面覆有SDS/La-Ni-Mo镀层的构件。

[0054] 上述电沉积液的组成及含量如下：

[0055] 硫酸镍 60g/L 钼酸钠 3g/L 柠檬酸三钠 50g/L 柠檬酸氨 100gZL 硝酸镧 0.5g/L 钨酸钠 ]5g/L SDS-T80 100mg/L GO \g/L 余量为蒸馈水。

[0056] 实施例5

[0057] 运用SEM、AFM方法对实施例1-3、实施例4制备的涂层进行了微观形貌表征，发现 本发明方法实施例1-3制备的复合沉积层表面光洁平滑、无空隙，与基体的结合力更好。通 过运用硬度计、摩擦磨损试验机及动电位计划曲线（Tafel)和电化学交流阻抗（EIS)等手 段，对性能也进行了表征，其实施例1-3中表面微观硬度在900HV以上，腐蚀电流密度数量 级低于10 7A/cm2,而实施例4表面微观硬度低于900HV，腐蚀电流密度数量级在10 6A/cm2。 以上结果表明本发明中制备的沉积层机械性能与耐腐蚀性能均得到了显著的改善，且实施 例1-3具有更好的性能。

[0058] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，而且本发明不受上述实 施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神 和范围的前提下，本发明还会有变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护本发明的范 围内。

Claims (5)

1. 一种在碳钢基体上制备La-Ni_M〇-W/GO复合沉积层的方法，其特征在于，具体步骤 如下： ① 对碳钢进行预处理，所述预处理包括对碳钢依次进行抛光、除油、浸蚀以及活化处理 的步骤； ② 复合电沉积：将配制好的电沉积液加热到25~35°C，然后以预处理好的碳钢作为阴 极，以镀铂的金属钛网板作为阳极，将阴、阳极插入到电沉积液中，通电20~40分钟，取出 后用去离子水清洗，然后再在20~40°C温度下干燥，即制得La-Ni-Mo-W/GO复合沉积层； 其中：所述电沉积液组成及含量如下： 硫酸镍 30~90g/L 钼酸钠 2.5~25g/L 柠檬酸三钠 50~lOOg/L 柠檬酸氨 100~150g/L 钨酸钠 15~30g/L 硝酸镧 0.5~lg/L 复配表面活性剂80~150mg/L j〇 0.1-I0g/L 余M为蒸馈水。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤②中，复配表面活性剂由十二烷基硫 酸钠和吐温-80进行复配而成，比例为1 :1~7 :1。

3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤①中，除油处理方法如下：将碳钢放 入碱洗液中，在50~60°C下超声处理10~15分钟，然后用去离子水反复冲洗。

4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤①中，浸蚀处理方法如下：将碳钢放 入酸液中，在20~30°C下处理3~5分钟，然后用去离子水反复冲洗。

5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤①中，活化处理方法如下：将碳钢放 入活化液中，在15~30°C下处理5~10分钟，然后用去离子水反复冲洗。