CN109457220A - 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法 - Google Patents

离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109457220A
CN109457220A CN201811350305.XA CN201811350305A CN109457220A CN 109457220 A CN109457220 A CN 109457220A CN 201811350305 A CN201811350305 A CN 201811350305A CN 109457220 A CN109457220 A CN 109457220A
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
nano
stack
ion plating
plating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811350305.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109457220B (zh
Inventor
于志明
吴建豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yu Zhiming
Original Assignee
Taizhou Zhongke Puerni Coating Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taizhou Zhongke Puerni Coating Technology Co Ltd filed Critical Taizhou Zhongke Puerni Coating Technology Co Ltd
Priority to CN201811350305.XA priority Critical patent/CN109457220B/zh
Publication of CN109457220A publication Critical patent/CN109457220A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109457220B publication Critical patent/CN109457220B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24—Vacuum evaporation
    • C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5826—Treatment with charged particles
    • C23C14/5833—Ion beam bombardment

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明申请公开了一种离子镀Ni‑P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni‑P膜，所述纳米叠层Ni‑P膜的总厚度在2～80μm范围内可调，所述纳米叠层Ni‑P膜的自腐蚀电位≥‑230mV。上述纳米叠层Ni‑P膜的微观结构更为致密，显著提高镀膜的耐磨性能和耐腐蚀性能。本发明申请还公开了上述离子镀Ni‑P纳米叠层膜的制备方法，采用离子镀膜技术沉积无需使用任何化学镀液，也不会产生废液，绿色环保。

Description

离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法
【技术领域】
本发明涉及Ni-P合金镀层的技术领域，具体为一种离子镀Ni-P叠层膜及其制备方法。
【背景技术】
Ni-P合金镀层由于具有优异的耐磨、耐腐蚀性能以及较高的硬度，常被用于提高零件的使用寿命和可靠性，在化学工业、电子工业、精密机械、航空航天工业、汽车工业、矿山机械和农业机械上得到广泛的应用。
现有技术中获得Ni-P合金镀层的方法主要有电沉积法和化学镀法。其中，电沉积法是以基底材料作为阴极，镀层金属或不溶性材料作为阳极，在阴极和阳极之间施加电压，通过电流作用在基底材料表面获得镀层的方法，具有沉积速度快、镀液稳定、镀厚能力高、成本低等特点，但是电沉积技术的结合力较弱，只能在导体表面上进行，且受电力线分布不均匀具有明显的边界效应，导致镀膜厚度不均匀，而且大量的镀液对环境造成的污染严重。
不同于电沉积法，化学镀法具有均镀和深镀能力，且通过化学镀法得到的Ni-P合金镀层具有优异的防腐性能、良好的可焊性、电磁屏蔽性能、高硬度与高耐磨性能，因此化学镀法是目前工业Ni-P镀膜的主要方法。针对化学镀Ni-P膜中存在的膜缺陷多、生产成本高、环境污染严重等问题，本领域技术人员也进行了大量的研究改进。如CN1128248C公开了高致密度和高耐蚀性的化学镍磷镀膜工艺，采用间断性清除镀层表面氢气滞留的工艺，配合合理的间断时间，得出致密度更高、耐蚀性更优的均匀的镍磷合金镀层，以解决由化学镀镍磷合金过程中的副反应所产生的氢气给镀层带来的气孔缺陷的问题；再如CN103388137B公开了一种化学镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法，在化学镀工艺过程中通过间歇式周期性引入超声波信号沉积Ni-P纳米叠层镀膜，镀膜不仅具有优良的耐磨、耐腐蚀性能，而且与基底材料结合强度高、可消除常规化学镀Ni-P膜中的柱状晶垂直外延生长缺陷并抑制裂纹的产生与扩展。
但是，以上制备方法均仍采用化学镀膜的原理，过程中使用了大量的化学镀液，仍然会产生大量的废液，不符合现今绿色环保的要求，且仍然无法从根本上消除Ni-P膜的缺陷产生，抗腐蚀性能还有待提高。
【发明内容】
本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种具有优良耐磨性能和耐腐蚀性能的离子镀Ni-P纳米叠层膜。
本发明的技术方案是：一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜；所述纳米叠层Ni-P膜的总厚度在2～80μm范围内可调，所述纳米叠层Ni-P膜的自腐蚀电位≥-230mV。
本发明离子镀Ni-P纳米叠层膜与现有技术相比，具有以下突出的实质性特点和显著的进步：
采用离子镀膜技术沉积无需使用任何化学镀液，也不会产生废液，完全符合现今绿色环保的要求。纳米叠层Ni-P膜呈层状结构，这样的层状结构使得镀膜与基底材料、膜层与膜层之间的结合强度高，从而可显著提高镀膜的耐磨性能；同时避免了异质界面的存在，有效地消除了电偶腐蚀的形成，从根本上消除了Ni-P膜的缺陷产生，从而可显著提高镀膜的耐腐蚀性能；而且还可以消除常规化学镀Ni-P镀膜中的柱状晶垂直外延生长缺陷，从而可以有效地抑制裂纹的生成和扩展，显著改善常规电镀、化学镀膜容易开裂和大块剥落的现象。所述纳米叠层Ni-P膜的微观结构更为致密，且其叠层结构大大延长了镀层针孔的通道长度，降低镀层孔隙率，从而大幅度提高镀层的耐腐蚀性能。该技术方案的纳米叠层膜可以有效地抑制镀膜中贯穿性针孔的形成，因此其镀膜厚度只要达到2微米以上就具有极其优良的耐蚀性能。
优选地，所述纳米叠层Ni-P膜的总厚度在2.5～8μm范围内可调。在化学镀镍磷镀膜中存在着大量的贯穿性针孔，所以需要增加化学镀镍磷膜的厚度才能具有良好的耐蚀性能；常规电镀膜也是如此，同样需要增加电镀镍膜的厚度才能具有良好的耐蚀性能。在化学镀镍磷纳米叠层镀膜中，尽管贯穿性针孔得到了一定的抑制，但是在每个单层中的针孔数量仍然相对较多，所以化学镀镍磷纳米叠层膜的厚度仍然较大；电镀镍纳米叠层膜与化学镀镍磷纳米叠层镀膜相类似，在每个单层中存在着数量较多的针孔，所以电镀镍磷纳米叠层膜的厚度仍然较大。现有技术中，为了达到较好的耐蚀性能，化学镀镍磷膜的厚度一般需要达到30微米以上，电镀镍膜的厚度一般需要达到25微米以上，化学镀镍磷纳米叠层膜的厚度一般需要达到10微米以上，电镀镍磷纳米叠层膜的厚度一般需要达到8微米以上，而本发明的离子镀膜的厚度仅需在2.5～8μm范围内就具有极其优良的耐蚀性能，且抗腐蚀性远大于其他工艺，镀膜厚度可以大大降低。
优选地，每层Ni-P膜的厚度为50～120nm。当膜厚超过120nm时，采用离子镀就无法保证膜的均匀性，夹杂较多的缺陷，将引起镀膜性能的快速下降。
优选地，所述纳米叠层Ni-P膜中P含量为4～8at％，余量为Ni。
本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种整个过程无废液产生、绿色环保的Ni-P纳米叠层膜的制备方法。
上述技术问题的技术方案如下，一种离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，包括以下步骤：
1)去除基底材料表面上的油污，使得基底材料表面保持清洁并具有一定活性；
2)将洗净后的工件装在卡具上并置入离子镀膜设备的真空室内，抽真空至0.005～0.01Pa，然后将工件加热到150～200℃，保温10～30min；
3)通氩气使真空室内压力至2～5Pa，给工件加负偏压由0V逐渐升至400～600V，同时进行离子轰击清洗5～10min；
4)调整氩气分压呈周期性梯度变化，以镍磷合金靶材为蒸发源，对步骤2)处理后的工件表面进行离子镀镍磷纳米叠层膜的沉积，蒸发源束流变化范围为50～70A，负偏压变化范围为80～200V，沉积时间为0.5～10h，沉积得到Ni-P纳米叠层膜。
优选地，所述步骤4)调整氩气分压呈周期性梯度变化是指：高纯氩气分压从0.6～0.8Pa的低压段经过4～8min调整为1.8～2.8Pa的高压段，完成一个时间周期。由于氩气分压会影响薄膜的沉积速率，进而影响到Ni-P镀膜的致密程度和镀层的晶粒尺寸，具体地，高纯氩气分压处于0.6～0.8Pa的低压段时，沉积速率较快，从而得到的Ni-P层相对疏松且晶粒尺寸较大；然后高纯氩气分压处于1.8～2.8Pa的高压段时，沉积速率较慢，从而得到的Ni-P层相对致密且晶粒尺寸较小。在沉积时间内调整氩气分压呈上述周期性梯度变化，这样每个时间周期内，沉积的膜层的硬度和结合力都较好，避免了异质界面的存在，有效地消除了电偶腐蚀的形成，从根本上消除了Ni-P膜的缺陷产生，从而可显著提高镀膜的耐腐蚀性能。
优选地，所述镍磷合金靶材的磷含量为4～8at％，余量为镍。
优选地，每沉积完一层Ni-P膜后，采用等离子轰击对膜表面进行后处理。
进一步优选地，所述等离子轰击处理是指：通氩气使真空室内压力至20～30Pa，给工件加负偏压400～600V，进行等离子轰击处理1～2min。由于镍是金属，磷是非金属，两者存在电势差，所以用镍磷合金靶材镀膜时会存在成分偏析现象。采用离子镀膜的技术，沉积出层状结构的叠层膜，可以在一定程度上减少偏析现象；离子镀沉积使得每层Ni-P膜的厚度为50～120nm，控制膜层薄而致密，尽可能实现均匀排列，减少偏析；每沉积完一层Ni-P膜后，采用等离子体轰击进行后处理，可以使镀层更致密、缺陷更少，这样的结构使得镀膜与基底材料、膜层与膜层之间的结合强度更高，进一步提高镀膜的耐磨性能和耐腐蚀性能。
优选地，所述步骤1)去除油污的方法为：先在基底材料表面涂抹一层反式脂肪酸，停留5～10min后用毛刷将表面的反式脂肪酸刷走，然后采用环保洗洁精溶液、淀粉溶液、食用碱溶液中的任何一种清洗。由于油污集中在基底材料表面，而反式脂肪酸、油污都具有油性，所以涂抹时反式脂肪酸会很容易贴附在基底材料表面，污垢能够迅速地融合到反式脂肪酸内，而后用环保洗洁精溶液、淀粉或食用碱即可将反式脂肪酸、污垢都清洗干净，且基底材料表面具有了一定的活性，有利于后续镀膜。
综上，本发明具有以下显著优点和有益效果：
1、本发明离子镀Ni-P纳米叠层膜具有层状结构的特点，有效地抑制镀膜中贯穿性针孔的形成，这种层状结构可显著提高镀膜的耐磨性能和耐腐蚀性能，还有效地抑制裂纹的生成和扩展，显著改善常规电镀、化学镀膜容易开裂和大块剥落的现象；
2、本发明通过离子镀制备Ni-P纳米叠层膜，使用镍磷合金靶材和高纯氩气体，整个制备过程没有废液产生，绿色环保；而且通过周期式连续镀膜法使得成本也得到大幅度降低，仅为化学镀Ni-P膜的1.2倍左右；
3、采用本发明采用离子镀法沉积Ni-P纳米叠层膜，镀膜具有优良的耐磨和耐腐蚀性能，可以大大降低镀膜的厚度；呈现极其优越的抗腐蚀性能，当镀膜总厚度超过5微米时，中性盐雾试验可达到360h以上。
【附图说明】
图1为常规化学镀Ni-P镀膜的截面形貌。
图2为本发明离子镀Ni-P纳米叠层膜的截面形貌。
图3为Ni-P镀膜磨损曲线，其中，a为本发明离子镀Ni-P纳米叠层膜，b为常规化学镀Ni-P镀膜。
【具体实施方式】
为了加深对本发明的理解，以下结合具体实施方案对本发明做进一步详述，但不以任何方式限制本发明。
本发明中涉及多种原料，其中氩气、镍磷合金靶材均从市场采购。环保洗洁精溶液、淀粉溶液、食用碱溶液可将采购来的洗洁精、淀粉、食用碱与水调配而成；所述环保洗洁精为不含磷洗洁精。
本发明中出现多个参数，如厚度、含量、压强、温度、时间、负偏压，单位(如μm、at％、Pa、℃、min、V)统一在上限后标注，例如2～80μm、4～8at％、0.005～0.01Pa、150～200℃、10～30min、400～600V。当然，还可以采用上限值和下限值后均标注单位，如2.5μm～80μm、4at％～8at％、0.005Pa～0.01Pa、150℃～200℃、10min～30min、400V～600V。这两种参数范围的表达方式均可，在实施例中对参数的上限、下限两个端点值和中间取值，数值后都会带单位。
at％是原子百分数的单位，比如镍磷合金靶材的磷含量为4～8at％，表示镍磷合金靶材中磷元素所占的百分比为4～8％。
以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。
实施例1
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为50nm，镀膜总厚度约为2.5μm，自腐蚀电位≥-230mV，截面形貌如图2所示。
所述纳米叠层Ni-P膜中P含量为4at％，余量为Ni。
上述离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，包括以下步骤：
1)利用环保洗洁精溶液通过高压喷雾的方法除去304不锈钢基底材料表面上的油污，然后再采取过热水蒸汽将基材表面残留的洗洁精溶液彻底清除，使得基材表面保持高度清洁并具有一定活性；
2)将304不锈钢基体取出装到专用卡具上并置入离子镀膜设备的真空室内，抽真空至0.01Pa，然后将工件加热到200℃，保温30min；
3)真空室加热保温30min后，通高纯氩气到真空室内压力至2Pa，给工件加负偏压由0V逐渐升至400V，进行离子轰击清洗10min；
4)以镍磷合金靶材为蒸发源，对步骤2)处理后的工件表面进行离子镀镍磷纳米叠层膜的沉积，选择时间周期4min，蒸发源束流70A，工件加负偏压100V，导入高纯氮氩气并于周期时间内调整氩气流量使得真空室压力维持在0.7Pa左右，然后再调整氩气流量使得真空室压力维持在1.9Pa左右，氩气流量由800ml/min逐渐到0，沉积时间50min。从而，沉积得到纳米叠层Ni-P膜。
实施例2
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为120nm，镀膜总厚度约为80μm，自腐蚀电位≥-230mV。
所述纳米叠层Ni-P膜中P含量为8at％，余量为Ni。
上述离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，包括以下步骤：
1)利用环保洗洁精溶液通过高压喷雾的方法除去304不锈钢基底材料表面上的油污，然后再采取过热水蒸汽将基材表面残留的洗洁精溶液彻底清除，使得基材表面保持高度清洁并具有一定活性；
2)将304不锈钢基体取出装到专用卡具上并置入离子镀膜设备的真空室内，抽真空至0.005Pa，然后将工件加热到150℃，保温10min；
3)真空室加热保温10min后，通高纯氩气到真空室内压力至5Pa，给工件加负偏压由0V逐渐升至600V，进行离子轰击清洗5min；
4)以镍磷合金靶材为蒸发源，对步骤2)处理后的工件表面进行离子镀镍磷纳米叠层膜的沉积，选择时间周期8min，蒸发源束流50A，工件加负偏压80V，导入高纯氮氩气并于周期时间内调整氩气流量使得真空室压力维持在0.6Pa左右，然后再调整氩气流量使得真空室压力维持在1.8Pa左右，氩气流量由800ml/min逐渐到0，沉积时间10h。从而，沉积得到纳米叠层Ni-P膜。
实施例3
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为80nm，镀膜总厚度约为50μm，自腐蚀电位≥-230mV。
所述纳米叠层Ni-P膜中P含量为6at％，余量为Ni。
上述离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，包括以下步骤：
1)利用环保洗洁精溶液通过高压喷雾的方法除去304不锈钢基底材料表面上的油污，然后再采取过热水蒸汽将基材表面残留的洗洁精溶液彻底清除，使得基材表面保持高度清洁并具有一定活性；
2)将304不锈钢基体取出装到专用卡具上并置入离子镀膜设备的真空室内，抽真空至0.008Pa，然后将工件加热到180℃，保温20min；
3)真空室加热保温20min后，通高纯氩气到真空室内压力至3.5Pa，给工件加负偏压由0V逐渐升至500V，进行离子轰击清洗8min；
4)以镍磷合金靶材为蒸发源，对步骤2)处理后的工件表面进行离子镀镍磷纳米叠层膜的沉积，选择时间周期6min，蒸发源束流60A，工件加负偏压200V，导入高纯氮氩气并于周期时间内调整氩气流量使得真空室压力维持在0.8Pa左右，然后再调整氩气流量使得真空室压力维持在2.8Pa左右，氩气流量由800ml/min逐渐到0，沉积时间5h。从而，沉积得到纳米叠层Ni-P膜。
实施例4
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为60nm，镀膜总厚度约为8μm，自腐蚀电位≥-230mV。
与实施例1的制备方法不同之处在于：每沉积完一层Ni-P膜后，采用等离子轰击对膜表面进行后处理。具体地，等离子体后处理工艺是：通氩气使真空室内压力至20Pa，给工件加负偏压400V，进行等离子轰击处理2min。
实施例5
与实施例4的制备方法不同之处在于，等离子体后处理工艺是：通氩气使真空室内压力至30Pa，给工件加负偏压600V，进行等离子轰击处理1min。
实施例6
与实施例4的制备方法不同之处在于，等离子体后处理工艺是：通氩气使真空室内压力至25Pa，给工件加负偏压500V，进行等离子轰击处理1min。
实施例7
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为100nm，镀膜总厚度约为5μm，自腐蚀电位≥-230mV。
与实施例1的制备方法不同之处在于：步骤1)在基底材料表面涂抹一层反式脂肪酸，停留10min后用毛刷将表面的反式脂肪酸刷走，然后采用环保洗洁精溶液清洗，使得基底材料表面保持清洁并具有一定活性。
实施例8
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为60nm，镀膜总厚度约为2.5μm，自腐蚀电位≥-230mV。
与实施例7的制备方法不同之处在于：采用淀粉溶液清洗。
实施例9
一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜。该镀膜由层状Ni-P膜构成，每单层平均厚度约为50nm，镀膜总厚度约为2μm，自腐蚀电位≥-230mV。
与实施例7的制备方法不同之处在于：采用食用碱溶液清洗。
产品测试：
1、本发明对制备好的离子镀Ni-P纳米叠层膜和化学镀Ni-P纳米叠层膜试样进行了磨损性能对比试验，具体实验方法如下：
实验装置：日本制造NUS-LSO-1型磨轮式磨损试验机；磨轮砂纸：400号水磨砂纸；载荷：6.4N；电子天平测量精度：0.1mg。
具体操作如下：首先用丙酮将试样表面清洗干净，热吹风把试样表面吹干，测定并记录试样初始重量。然后，将试样装卡到工作台上开始进行磨损试验，每次300转保证试样摩擦面始终与新鲜砂纸表面接触。每次磨损试验后，利用毛刷把摩擦表面清扫干净后，再用丙酮将试样表面清洗干净、吹干，测定并记录试样重量，将试样磨损试验前后的重量变化作为试样的失重量。依次，每个试样磨损到露出基体为止，取试样3000转磨损后的平均失重量来评判镀膜耐磨性能的优劣，其失重量越少说明镀膜耐磨性能越好。
磨损试验结果见图3，如图中所示，离子镀Ni-P纳米叠层膜试样摩擦3000转后的平均失重量仅仅为0.24mg，而常规化学镀Ni-P膜试样摩擦3000转后的平均失重量则达到了2.71mg，由此可见，离子镀Ni-P纳米叠层膜的耐磨性能比常规化学镀Ni-P膜有了显著提高。
2、本发明对制备好的离子镀Ni-P纳米叠层膜和化学镀Ni-P纳米叠层膜试样进行了耐腐蚀性能对比试验，具体实验方法如下：
采用三电极电解池和EG&G273A恒电位仪测定极化曲线，试验溶液为3.5wt％的NaCl溶液。试验前用环氧树脂对试验样品进行封涂，做成暴露面积为1cm2的工作电极，辅助电极为Pt片，参比电极为KCl，扫描速度选1mV/s。
测试结果显示，离子镀Ni-P纳米叠层膜的自腐蚀电位(-210mV)比常规化学镀Ni-P膜的要高，这说明，离子镀Ni-P纳米叠层膜的耐腐蚀性能比常规化学镀Ni-P膜有了较大的提高。
本发明利用盐雾试验对两种镀膜的耐腐蚀性能进行了进一步的考察，试验结果列于表1。
表1试样的盐雾试验结果
试样种类 开始生锈时间
实施例1离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(2.5μm) 22h
实施例2离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(80μm) 20h
实施例3离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(50μm) 21h
实施例4离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(8μm) 35h
实施例7离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(5μm) 23h
实施例9离子镀Ni-P纳米叠层膜试样(2μm) 23h
常规化学镀镍磷试样(4.8μm) 5h

Claims (8)

1.一种离子镀Ni-P纳米叠层膜，其特征在于，它是以黑色金属为基底材料，利用离子镀膜技术沉积获得的呈层状结构的纳米叠层Ni-P膜，所述纳米叠层Ni-P膜的总厚度在2～80μm范围内可调，所述纳米叠层Ni-P膜的自腐蚀电位≥-230mV。
2.根据权利要求1所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜，其特征在于，所述纳米叠层Ni-P膜的总厚度在2.5～8μm范围内可调。
3.根据权利要求1所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜，其特征在于，每层Ni-P膜的厚度为50～120nm。
4.根据权利要求1所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜，其特征在于，所述纳米叠层Ni-P膜中P含量为4～8at％，余量为Ni。
5.基于权利要求1～4任一项所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1)去除基底材料表面上的油污，使得基底材料表面保持清洁并具有一定活性；
2)将洗净后的工件装在卡具上并置入离子镀膜设备的真空室内，抽真空至0.005～0.01Pa，然后将工件加热到150～200℃，保温10～30min；
3)通氩气使真空室内压力至2～5Pa，给工件加负偏压由0V逐渐升至400～600V，同时进行离子轰击清洗5～10min；
4)调整氩气分压呈周期性梯度变化，以镍磷合金靶材为蒸发源，对步骤2)处理后的工件表面进行离子镀镍磷纳米叠层膜的沉积，蒸发源束流变化范围为50～70A，负偏压变化范围为80～200V，沉积时间为0.5～10h，沉积得到Ni-P纳米叠层膜。
6.根据权利要求5所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，其特征在于，所述步骤4)调整氩气分压呈周期性梯度变化是指：高纯氩气分压从0.6～0.8Pa的低压段经过4～8min调整为1.8～2.8Pa的高压段，完成一个时间周期。
7.根据权利要求5所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，其特征在于，每沉积完一层Ni-P膜后，采用等离子轰击对膜表面进行后处理。
8.根据权利要求7所述的离子镀Ni-P纳米叠层膜的制备方法，其特征在于，所述等离子轰击处理是指：通氩气使真空室内压力至20～30Pa，给工件加负偏压400～600V，进行等离子轰击处理1～2min。
CN201811350305.XA 2018-11-14 2018-11-14 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法 Active CN109457220B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811350305.XA CN109457220B (zh) 2018-11-14 2018-11-14 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811350305.XA CN109457220B (zh) 2018-11-14 2018-11-14 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109457220A true CN109457220A (zh) 2019-03-12
CN109457220B CN109457220B (zh) 2020-08-21

Family

ID=65610298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811350305.XA Active CN109457220B (zh) 2018-11-14 2018-11-14 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109457220B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02104647A (ja) * 1988-10-12 1990-04-17 Univ Waseda Ｎｉ−Ｐ合金皮膜の熱処理方法
JPH07292463A (ja) * 1994-04-27 1995-11-07 Kubota Corp 金属薄膜型磁気記録媒体の非磁性下地膜形成用スパッタリングターゲット部材
CN101298655A (zh) * 2007-04-30 2008-11-05 中国科学院金属研究所 一种纳米叠层TiN梯度膜及其制备方法
CN103388137A (zh) * 2013-07-02 2013-11-13 中国科学院金属研究所 一种化学镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法
CN106133185A (zh) * 2014-03-27 2016-11-16 捷客斯金属株式会社 包含Ni‑P合金或Ni‑Pt‑P合金的溅射靶及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02104647A (ja) * 1988-10-12 1990-04-17 Univ Waseda Ｎｉ−Ｐ合金皮膜の熱処理方法
JPH07292463A (ja) * 1994-04-27 1995-11-07 Kubota Corp 金属薄膜型磁気記録媒体の非磁性下地膜形成用スパッタリングターゲット部材
CN101298655A (zh) * 2007-04-30 2008-11-05 中国科学院金属研究所 一种纳米叠层TiN梯度膜及其制备方法
CN103388137A (zh) * 2013-07-02 2013-11-13 中国科学院金属研究所 一种化学镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法
CN106133185A (zh) * 2014-03-27 2016-11-16 捷客斯金属株式会社 包含Ni‑P合金或Ni‑Pt‑P合金的溅射靶及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109457220B (zh) 2020-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. A comparative study on the corrosion behaviour of Al, Ti, Zr and Hf metallic coatings deposited on AZ91D magnesium alloys
Ramezani-Varzaneh et al. Effects of phosphorus content on corrosion behavior of trivalent chromium coatings in 3.5 wt.% NaCl solution
CN103572217B (zh) 一种钕铁硼永磁材料表面防护层及其制备方法
Meng et al. Effect of phytic acid on the microstructure and corrosion resistance of Ni coating
CN102127784B (zh) 一种电镀Cu叠层膜及其制备方法
CN110423989A (zh) 一种低残余应力的硬质类金刚石薄膜的制备方法
CN108977775A (zh) 一种TiAlSiN涂层刀具制备工艺
CN103320011A (zh) 一种碳纤维增强树脂基复合材料表面化学镀铜前处理所用涂料及工艺
CN103029370A (zh) 一种铁基、纯铜过渡层和表面纯金属钼或金属钨涂层的电极材料及制备方法
Zhang et al. Structure and corrosion behavior of cold-sprayed Cu/Ni composite coating post-treated by ultrasonic shot peening
CN102277604B (zh) 一种电镀Ni叠层膜及其制备方法
Kong et al. Influence of surface roughness of substrate on the properties of Ni–Co–Fe electrodeposition coating on copper
CN107604312A (zh) 一种表面为(Ti,Al)N多层隔热耐磨超厚涂层的活塞及其制备方法和应用
CN105316741B (zh) 一种采用阶梯电流对铝合金进行表面微弧氧化处理的方法
CN101914743A (zh) 一种镁合金表面处理方法
Oulladj et al. Preparation and properties of electroless Ni–Zn–P alloy films
CN103628032B (zh) 一种在导电基体材料上制备纳米氮化钛层的方法
CN109457220A (zh) 离子镀Ni-P纳米叠层膜及其制备方法
CN102899702A (zh) 镁合金表面复合处理方法
CN103774092B (zh) 一种在镁合金表面制备导电且耐腐蚀涂层的方法
CN203360554U (zh) 一种切削刀具材料表面的复合镀层
CN106148904A (zh) 一种纳米叠层CrN镀膜及其制备方法和应用
CN101555596A (zh) 一种真空镀膜工艺及成套设备
CN102936741A (zh) 一种铝或铝合金的预植电镀镍基合金的方法
Subramanian et al. Structural and electrochemical characterization of Ni nanostructure films on steels with brush plating and sputter deposition

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yu Zhiming

Inventor after: Wu Jianyong

Inventor before: Yu Zhiming

Inventor before: Wu Jianhao

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221129

Address after: Room 2-17, No. 80-1, Wenhua Road, Shenhe District, Shenyang, Liaoning 110015

Patentee after: Yu Zhiming

Address before: 317515 Tutan Industrial Gathering Point, Shiqiaotou Town, Wenling City, Taizhou City, Zhejiang Province (in Wenling Mitsubishi CNC Machine Tool Factory)

Patentee before: TAIZHOU ZHONGKE PUERNI COATING TECHNOLOGY Co.,Ltd.