CN106757287A - 一种Fe‑Ni‑P基复合镀层的制备工艺 - Google Patents

一种Fe‑Ni‑P基复合镀层的制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种Fe‑Ni‑P合金基复合镀层的制备工艺，复合镀层的基体材质为非晶/纳米晶Fe‑Ni‑P合金，Fe含量为复合镀层的70‑85wt%，Ni含量为复合镀层的5‑20wt%（优选10‑15wt%），P含量为复合镀层的5‑15wt%（优选5‑10wt%），所述复合镀层中第二相为VC1‑x、TiC等晶粒长大抑制剂，含量为复合镀层的0‑5wt%（优选0.5‑2wt%）。复合镀层的制备工艺为：（1）金属被镀表面的预处理；（2）第二相粒子的活化；（3）电刷镀Fe‑Ni‑P非晶复合镀层；（4）复合镀层部分晶化处理。

Description

一种Fe-Ni-P基复合镀层的制备工艺
技术领域
本发明涉及一种表面电镀工艺及复合镀层，尤其是涉及一种以非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金为基体的复合镀层制备工艺。
背景技术
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。非晶材料在室温变形时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，几乎不展现宏观的塑性变形特征，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，利用第二相强韧化原理，采用复合技术，在非晶材料中添加高硬度粒子（或纤维），使非晶合金的宏观塑性、冲击韧性得以提高，已在一些非晶材料中取得一定的成果。
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，镀层中基体金属和添加的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。复合电镀的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。电刷镀的基本原理与电镀相同，无须镀槽。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在被镀表面上移动，并保持一定的压力，从而使金属离子沉积在被镀材料表面。电刷镀具有设备简单、工艺简单、成本低、沉积速度快、适用范围广等特点，已广泛应用于零部件的表面强化和修复。因此，采用电刷镀制备非晶/纳米晶复合镀层，充分发挥非晶基体和纳米粒子的优异性能，提高镀层的耐磨性，节约材料，具有重要的工程实际应用价值。
发明内容
Fe-Ni-P非晶合金具有高强、良好的耐磨和耐蚀等优异性能，是复合镀层理想的基体材料，VC1-x、TiC等晶粒长大抑制剂，具有很高的强度、硬度等特点，可抑制非晶基体高度局域剪切带的形成，并可在晶化转变时抑制晶粒的长大速度，降低加热时间对非晶合金基体晶化转变的敏感性，提高Fe-Ni-P非晶/纳米晶基体材料制备工艺的可操作性。本发明所要解决的技术问题是，提供一种以非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金为基体，添加晶粒长大抑制剂作为第二相的复合镀层制备工艺。
一种Fe-Ni-P合金基复合镀层的制备工艺，解决其技术问题的技术方案：所述复合镀层的基体材质为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金，Fe含量为复合镀层的70-85wt%，Ni含量为复合镀层的5-20wt%（优选10-15wt%），P含量为复合镀层的5-15wt%（优选5-10wt%），所述复合镀层中第二相为VC1-x、TiC等晶粒长大抑制剂，含量为复合镀层的0-5wt%（优选0.5-2wt%）。
本发明之复合镀层的制备工艺，包括以下步骤：
（1）金属被镀表面的预处理；
（2）第二相粒子的活化；
（3）电刷镀Fe-Ni-P非晶复合镀层；
（4）复合镀层部分晶化处理。
所述金属被镀表面预处理包括除锈、脱脂、活化过程，可采用化学或电化学方法；
所述的电刷镀工艺参数为：电极的电流密度为0.2-1A/mm2，电极相对运动速度为5-20m/min（优选10-15m/min），施镀温度为30-60℃，镀液Ph值0.5-2；
所述复合电镀液组成为；亚铁盐2-3.5mol/L，可溶性镍盐0.2-0.5mol/L，硼酸30-50g/L，第二相粒子5-25g/L，次磷酸钠或亚磷酸0.1-0.5mol/L，羧酸0.1-0.3mol/L，还原剂0.5-2g/L，络合剂0.5-5g/L；
所述络合剂包括：酒石酸、柠檬酸盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等；
所述Fe-Ni-P非晶复合镀层部分晶化转变工艺参数为：转变温度300-330℃，加热时间0.2-0.5h。
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（铸造类）制备非晶复合材料相比，能源消耗更少、组织更均匀；
2. 相比常规电镀而言，镀液中金属离子含量高，同时两电极间有相对远动故允许使用较高的电流密度，所以镀积速度更快；
3.利用VC、TiC等高硬、高强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；同时VC、TiC等也是一种高效的晶粒长大抑制剂，可在抑制晶化转变后晶粒的长大速度，降低加热温度和时间对晶化转变的敏感性，提高其晶化转变工艺的可操作性和可控性；
4.可通过调整电镀液主要成分的浓度配比，获得不同成分的复合镀层，满足不同场合的性能要求；
5.通过晶化转变，使Fe-Ni-P非晶合金内生转变为非晶/纳米Fe-Ni-P合金，提升了非晶/纳米结构之间的相互协调与匹配，使复合镀层内应力降低，可进一步抑制非晶的高度局域化剪切带的形成，提高复合镀层的冲击韧性和综合性能；
6.可通过调整晶化转变的工艺参数，获得由不同非晶/纳米晶组成比例构成的Fe-Ni-P合金基体，从而调整复合镀层的性能，满足不同场合的性能要求；
7. 该电镀液配方不含氰化物、六价铬、镉等有毒物质、从而降低电镀液回收处理的成本和难度，可实现绿色生产；
8. 电刷镀具有设备与工艺简单，尤其对于大型、精密设备的现场不解体修复更具有实用价值。电刷镀可采用不同型号的镀笔，并配有形状不同、大小不一的不溶阳极，对各种不同几何形状及结构复杂的零部件都可修复。
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非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金/VC复合镀层的制备
非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金/VC复合镀层，所述复合镀层的基体材质为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金，Fe含量为复合镀层的82.2wt%，Ni含量为复合镀层的8.9wt%，P含量为复合镀层的7.3wt%，所述复合镀层中VC含量为复合镀层的1.6 wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）被镀金属表面的预处理：镀材选用45号钢板，被镀表面先后经机械加工，然后在超声波清洗机采用20wt%氢氧化钠溶液以去油脂，最后，采用12wt%盐酸溶液去除被镀表面的氧化膜，活化金属表面；
（2）固体微粒的活化处理：将400目VC微粒加入到25wt%的盐酸溶液清洗备用；
（3）复合电镀液组成为：硫酸亚铁2mol/L，硫酸镍0.4mol/L，硼酸35g/L、十二烷基苯磺酸钠1.5g/L、酒石酸0.3g/L，VC10g/L、次磷酸钠0.2mol/L、乙酸0.2mol/L，碘化钾0.5g/L，滴定盐酸至pH值至1.5；
（4）复合镀层的制备：阳极采用平板石墨，电极的电流密度为0.4 A/mm2，电极相对运动速度为8 m/min，施镀温度为45-50℃；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度310℃下保温0.3 h，使非晶Fe-Ni-P合金基体转变为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金基体。
实施例2
本实施例之非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金//TiC复合镀层，所述复合镀层的基体材质为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金，Fe含量为复合镀层的79.6wt%，Ni含量为复合镀层的10.7wt%，P含量为复合镀层的8.5wt%，所述复合镀层中TiC含量为复合镀层的1.2wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：镀材选用Q235号钢板，首先经铣、磨、研磨加工被镀表面，然后，采用20wt%氢氧化钠溶液清洗去油脂，最后，采用12wt%盐酸溶液去除被镀表面的氧化膜，活化金属表面；
（2） 微粒的活化处理：将400目的TiC微粒加入到25wt%的盐酸溶液中，加热至65℃处理30min，清洗备用；
（3）复合电镀液组成：氯化亚铁0.4mol/L，硫酸亚铁0.6mol/L，硫酸镍0.5mol/L，硼酸30g/L，十二烷基苯磺酸钠0.8g/L，TiC8g/L，乙酸0.15mol/L，次磷酸钠0.35mol/L，抗坏血酸1g/L，再加入盐酸调节pH值至1.5；
（4）复合镀层的制备：阳极采用平板石墨，电极板电流密度为0.6A/mm2，施镀温度为45-50℃；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度315℃下保温0.2 h，，使非晶Fe-Ni-P合金基体转变为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金基体。

Claims (2)

1.一种Fe-Ni-P合金基复合镀层的制备工艺，其特征在于：所述复合镀层的基体材质为非晶/纳米晶Fe-Ni-P合金，Fe含量为复合镀层的70-85wt%，Ni含量为复合镀层的5-20wt%（优选10-15wt%），P含量为复合镀层的5-15wt%（优选5-10wt%），所述复合镀层中第二相为VC1-x、TiC等晶粒长大抑制剂，含量为复合镀层的0-5wt%（优选0.5-2wt%）。
2.复合镀层的制备工艺，其特征在于：（1）金属被镀表面的预处理；（2）第二相粒子的活化；（3）电刷镀Fe-Ni-P非晶复合镀层；（4）复合镀层部分晶化处理；
所述金属被镀表面预处理包括除锈、脱脂、活化过程，可采用化学或电化学方法；
所述的电刷镀工艺参数为：电极的电流密度为0.2-1A/mm2，电极相对运动速度为5-20m/min（优选10-15m/min），施镀温度为30-60℃，镀液Ph值0.5-2；
所述复合电镀液组成为；亚铁盐2-3.5mol/L，可溶性镍盐0.2-0.5mol/L，硼酸30-50g/L，第二相粒子5-25g/L，次磷酸钠或亚磷酸0.1-0.5mol/L，羧酸0.1-0.3mol/L，还原剂0.5-2g/L，络合剂0.5-5g/L；
所述络合剂包括：酒石酸、柠檬酸盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等；
所述Fe-Ni-P非晶复合镀层部分晶化转变工艺参数为：转变温度300-330℃，加热时间0.2-0.5h。
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