CN109852955B - 一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，其主要包括：步骤一、机械打磨抛光；步骤二、有机除油；步骤三、化学碱洗除油；步骤四、酸洗活化：步骤五、化学镀；步骤六、热处理；本发明经过所述的钛合金前处理流程可以有效的去除钛合金表面自然生成的氧化膜，从而保证钛合金上化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的质量，钛合金上所制备的镍硼铅高硬耐磨涂层可增加钛合金材料的3～5倍表面硬度、降低90～98％的磨损率、且孔隙率低；化学镀涂层的低孔隙率可以有效的提高钛合金样品的耐腐蚀性能；涂层表面光亮平整，厚度均匀且致密，机械性能好，无麻点结合力强，应用价值高，对钛合金的应用具有重大的实际意义。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的制备方法。
背景技术
钛合金材料具有良好的机械性能和力学性能，如低密度、强度高、无磁性、良好的高温耐蚀性、弹性模量小、热膨胀系数小以及良好的低温韧性等特点。在航空、航天、造船、汽车、核电等领域的应用越来越广泛，并拥有良好的发展前景。但钛合金摩擦系数较大、易粘着、耐磨性差、高温条件下氧化严重、不易润滑等特点，极大地限制了钛合金的使用性及应用范围。尤其是钛合金在摩擦副运动部件的使用方面受到严重限制，这是因为常温及高温条件下的耐磨性能是钛合金作为运动部件的关键使用性能。因此，改善钛合金的耐磨性能及高温抗氧化性能，对于扩大钛合金的应用范围具有重要意义。为了改善钛合金表面性能，使之具有较高的硬度、良好的耐磨性和高温抗氧化性能，表面改性技术是目前改善钛合金性能最有效的方法之一。通过在钛合金的表面制备不同的复合涂层，实现提高钛合金表面耐磨性能和硬度的同时保持基体的高强质轻的特质，对扩大钛合金的应用范围具有重大意义。
对比其他的钛合金表面处理技术，如表面渗氮、激光熔覆、等离子喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积等方法，化学镀以其深镀能力好、镀层均匀、孔隙率低、硬度高、可焊性好、化学稳定性高、结构变形和热影响区小等优点，成为钛合金表面处理中的一种较为适宜的技术解决方案。
目前，化学镀作为表面涂层制备手段之一，其制备的涂层在硬度、耐磨性、可焊性、耐蚀性、脱模性、键合性、耐化学药品和耐高温性等方面都十分理想。化学镀镍基涂层是利用还原剂，使镀液中镍离子还原成金属镍，同时通过控制还原剂以及稳定剂同主盐的共沉积情况，可以在基体表面涂覆复合涂层。对于铁、铜等具有催化作用的金属及其合金，可直接通过化学镀沉积金属涂层。
传统化学镀工艺研究主要针对在铁、铜、镁等易镀金属及其合金上的化学镀工艺。而钛合金由于其自身的材料特性，传统的化学镀方法很难在钛合金表面制备得到性能达标的化学镀涂层，属于难镀金属。与其他基体材料如铁、铜及其合金相比，钛合金化学活性较高，在空气中极易生成一层极薄且透明的天然氧化膜。该氧化膜层较薄，耐蚀性、导热导电性、焊接性、耐损性等性能较差；同时，致密、韧性的薄层氧化膜，保护基体处于钝化状态其存在会致使镀覆层与基体的结合强度降低。即使是清理干净的表面，当置于空气中或水溶液等含氧介质中时又很快重新生成新膜。这一层薄层氧化膜使得钛合金上化学镀难以进行，按照常规方法进行化学镀，不能得到良好的结合力。而不良的结合力会导致涂层剥落、鼓包或开裂等现象，不仅影响外观，而且还会恶化涂层的防护性、耐磨性及耐蚀性等性能。可以说，如果涂层与基体的结合力不合格，则涂层无实用价值。所以在钛合金表面化学镀的首要条件就是增强涂层与钛合金基体之间的结合力。如果可以在钛合金表面通过化学镀方法制备涂层，则可以有效的提高钛合金材料的使用性和应用范围。
尽管对化学镀镍硼铅涂层已有初步研究，但截至目前，尚未发现有关钛合金上通过化学镀方法制备镍硼铅高硬耐磨涂层的制备方法见诸报道。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述一个或多问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现这些目的和其它优点，本发明提供了一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：对钛合金样品进行机械打磨抛光，打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在80～85℃下浸泡10～15min；然后使用去离子水冲洗干净；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液中活化处理80～85min，并使用去离子水冲洗干净；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；
步骤六：热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
优选的是，所述钛合金样品为TC4钛合金。
优选的是，所述机械打磨抛光中依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸进行打磨。
优选的是，所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30～40g/L、无水碳酸钠25～30g/L、磷酸三钠30～35g/L。
优选的是，所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30～40g/L、无水碳酸钠25～30g/L、磷酸三钠30～35g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑0.5～1.5g/L、椰油酸二乙醇酰胺1～3g/L、聚丙烯酰胺1～2g/L、2，4-二羟基二苯砜0.1～0.5g/L。
优选的是，所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70～80ml/L、盐酸410～420ml/L。
优选的是，所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750ml/L、浓硫酸250ml/L；所述活化处理的过程替换为：将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至25～40MPa、温度40～50℃下的条件下搅拌60～120min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净。
优选的是，所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂3～5g/L。
优选的是，所述增强剂的制备方法为：按重量份，取20～30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在500～600℃的条件下煅烧1～3h，取煅烧后的混合物15～20份加入密封容器中，同时加入100～120份0.1～0.5mol/L的酸性溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂。
优选的是，所述步骤四和步骤五之间还包括以下过程：将步骤四中酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理30～45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为30～50KHz，功率为30～50W，氩气的压强为30～80Pa。
本发明至少包括以下有益效果：本发明提供了一种通过在钛合金表面化学镀有效制备镍硼铅高硬涂层的方法。涂层作为一种覆盖层涂覆在基体材料上，为使涂层能正常工作，发挥其自身所具有的耐磨、耐蚀或其他特殊性能或功能，保证它不从基体剥落是十分必要的，如果涂层与基体结合不好，很容易剥落，则性能再好也无使用价值。而经过本发明所述的钛合金前处理流程可以有效去除钛合金表面自然生成的氧化膜，同时活化钛合金表面从而为钛合金上化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层提供有力物质基础，并明显提高镍硼铅耐磨涂层与钛合金基体之间的结合强度。
本发明通过化学镀在钛合金表面所制备的涂层可以有效的提升钛合金材料的耐磨性、硬度等材料性能。其中镍硼铅高硬耐磨涂层热处理后可以提升钛合金3～5倍的表面硬度；相同条件下降低90～98％的磨损率。且孔隙率低，化学镀涂层的低孔隙率可以有效的提高钛合金样品的耐腐蚀性能；涂层表面光亮平整，厚度均匀且致密，机械性能好，无麻点结合力强，应用价值高，对钛合金的应用具有重大的实际意义。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本发明实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层的光学显微镜图；
图2为本发明实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层的扫描电镜图；
图3为本发明实施例1(热处理)、实施例9(未热处理)制备的镍硼铅高硬耐磨涂层和TC4钛合金的表面维氏硬度值；
图4为本发明实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层与TC4钛合金在相同条件下磨损轨迹的二维轮廓图；
图5为本发明实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层的磨损轨迹的3D轮廓图；
图6为TC4钛合金的磨损轨迹的3D轮廓图，与实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层的摩擦条件一致；
图7为本发明实施例1制备的镍硼铅高硬耐磨涂层与TC4钛合金相同条件下磨损体积对比。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液中活化处理81min，并使用去离子水冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L；
步骤六：热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
图1与图2分别示出了实施例1制备的钛合金表面镍硼铅高硬耐磨涂层的光学显微镜图与扫描电镜图；
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1155；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低95.4％(图7)；
图4示出了实施例1在钛合金表面制备的镍硼铅高硬耐磨涂层与钛合金在相同参数下磨损的划痕的二维轮廓图对比图。
图5与图6分别示出了实施例1制备的钛合金表面镍硼铅高硬耐磨涂层与TC4钛合金在上述摩擦磨损实验中磨损轨迹的三维轮廓图。
实施例2：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将超声波清洗后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液中活化处理81min，并使用去离子水冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂4g/L；
步骤六：热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温；
所述增强剂的制备方法为：按重量份，取30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在600℃的条件下煅烧3h，取煅烧后的混合物20份加入密封容器中，同时加入120份0.5mol/L的盐酸溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂；所述辐照采用的辐照剂量率为200kGy/h，辐照剂量为800kGy，搅拌速度为150r/min；采用本发明制备的增强剂颗粒可以显著提高镍硼铅高硬耐磨涂层的维氏硬度及耐磨性；
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1220；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低96.8％。
实施例3：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，然后用去离子水冲洗干净；将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至30MPa、温度45℃下的条件下搅拌80min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L。
步骤六、热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温完成在钛合金表面化学镀镍硼铅。对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1186；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低96.1％。
实施例4：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成活化溶液中活化处理81min，并使用去离子水冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；将酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为50KHz，功率为50W，氩气的压强为60Pa；通过低温等离子体处理仪对钛合金样品进行处理，进一步提高了钛合金样品与化学镀涂层的结合；
步骤五、化学镀：在95℃下，将步骤四处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃左右的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L；
步骤六、热处理：然后将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1198；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低96.3％。
实施例5：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，然后用去离子水冲洗干净；将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至30MPa、温度45℃下的条件下搅拌80min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂4g/L；
所述增强剂的制备方法为：按重量份，取30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在600℃的条件下煅烧3h，取煅烧后的混合物20份加入密封容器中，同时加入120份0.5mol/L的盐酸溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂；所述辐照采用的辐照剂量率为200kGy/h，辐照剂量为800kGy，搅拌速度为150r/min。
步骤六、热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。；
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1295；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低97.6％。
实施例6：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成活化溶液中活化处理81min，并使用去离子水冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；将酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为50KHz，功率为50W，氩气的压强为60Pa；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂4g/L；
所述增强剂的制备方法为：按重量份，取30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在600℃的条件下煅烧3h，取煅烧后的混合物20份加入密封容器中，同时加入120份0.5mol/L的盐酸溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂；所述辐照采用的辐照剂量率为200kGy/h，辐照剂量为800kGy，搅拌速度为150r/min。
步骤六、热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
对该实施例的镍硼铅涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1305；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低97.8％。
实施例7：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，然后用去离子水冲洗干净；将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至30MPa、温度45℃下的条件下搅拌80min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；将酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为50KHz，功率为50W，氩气的压强为60Pa；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃左右的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L；
步骤六、热处理：然后将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1265；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低97.4％。
实施例8：
一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，然后用去离子水冲洗干净；将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至30MPa、温度45℃下的条件下搅拌80min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；将酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为50KHz，功率为50W，氩气的压强为60Pa；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂4g/L；
所述增强剂的制备方法为：按重量份，取30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在600℃的条件下煅烧3h，取煅烧后的混合物20份加入密封容器中，同时加入120份0.5mol/L的盐酸溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂；所述辐照采用的辐照剂量率为200kGy/h，辐照剂量为800kGy，搅拌速度为150r/min；
步骤六、热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温。
对该实施例的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：1345；
将该实施例得到的制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金在往复式摩擦试验机上摩擦测试(试验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min)，结果表明，制备有镍硼铅涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低98.2％。
实施例9：
一种钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸对钛合金样品进行机械打磨抛光，以去除钛合金样品在加工过程产生的氧化膜，并保证样品具有相同的表面粗糙度；打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；所述钛合金样品为TC4钛合金，样品尺寸为15mm×10mm×3mm；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在85℃下浸泡13min；然后使用去离子水冲洗干净；所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30g/L、无水碳酸钠25g/L、磷酸三钠30g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑1g/L、椰油酸二乙醇酰胺1g/L、聚丙烯酰胺1g/L、2,4-二羟基二苯砜0.5g/L；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下搅拌处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液中活化处理81min，并使用去离子水冲洗干净；所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70mL/L、盐酸410mL/L；所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L。
对该实施例9的镍硼铅高硬耐磨涂层进行维氏硬度的测试，测试条件：载荷选用100g，两面交为136°的正四棱锥体金刚石压头，保压时间为15s，随机测试5个点，取平均值，其维氏硬度为：805；
将实施例9制备的钛合金上镍硼铅高硬耐磨涂层进行磨损实验，实验条件为：使用直径为4mm的92％的三氧化二铝陶瓷球作为对摩副，在10N的载荷下以1mm/s的速度在热处理后的化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层上做长度为2.5mm的直线往复运动120min，结果表明，制备有镍硼铅高硬耐磨涂层的钛合金磨损表面无涂层脱落或开裂现象，且磨损体积比制备前(未化学镀的钛合金)降低90.4％。
图3示出了钛合金基体材料、实施例1(热处理)和实施例9(未热处理)制备的化学镀样品的表面维氏硬度，化学镀后镍硼铅高硬耐磨涂层的表面维氏硬度为钛合金基体材料的2.4倍，且热处理可明显提升化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的硬度以增强涂层的耐磨损性能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (1)
1.一种钛合金表面化学镀镍硼铅高硬耐磨涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、机械打磨抛光：对钛合金样品进行机械打磨抛光，打磨后对其超声波清洗3min，将清洗后的钛合金样品在酒精中保存，待用；
步骤二、有机除油：将机械打磨抛光后的钛合金样品浸泡在丙酮溶液中，超声波清洗8min，然后使用65℃去离子水冲洗干净；
步骤三、化学碱洗除油：将有机除油后的钛合金样品浸泡在碱洗溶液中，在80~85℃下浸泡10~15min；然后使用去离子水冲洗干净；
步骤四、酸洗活化：将化学碱洗除油处理后的钛合金样品浸泡在氢氟酸和盐酸的混合酸洗溶液中，在室温下处理3min，用去离子水冲洗干净；然后于室温下，在盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液中活化处理80~85min，并使用去离子水冲洗干净；
步骤五、化学镀：在95℃下，将酸洗活化处理后的钛合金样品放入化学镀溶液中化学镀3h，取出后使用60℃～70℃的去离子水冲洗，烘干，完成在钛合金表面化学镀制备镍硼铅高硬耐磨涂层；
步骤六、热处理：将化学镀后的样品进行热处理，其过程为：将样品放入真空管式炉中经35min升温至350℃并保温3h，后空冷至室温；
所述钛合金样品为TC4钛合金；
所述机械打磨抛光中依次使用320、800、1000、1500、2000、3000#碳化硅砂纸进行打磨；
所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30~40g/L、无水碳酸钠25~30g/L、磷酸三钠30~35g/L；
所述碱洗溶液包含的组分及其含量为：氢氧化钠30~40g/L、无水碳酸钠25~30g/L、磷酸三钠30~35g/L、1-乙基-3-甲基氯化咪唑0.5~1.5g/L、椰油酸二乙醇酰胺1~3g/L、聚丙烯酰胺1~2g/L、2，4-二羟基二苯砜0.1~0.5g/L；
所述酸洗溶液包含的组分及其含量为：氢氟酸70~80mL/L、盐酸410~420mL/L；
所述活化溶液包含的组分及其含量为：盐酸750mL/L、浓硫酸250mL/L；所述活化处理的过程替换为：将钛合金样品加入超临界反应装置中，同时加入盐酸和浓硫酸混合而成的活化溶液，将体系密封，通入二氧化碳至25~40MPa、温度 40~50℃下的条件下搅拌60~120min，卸压，用去离子水将钛合金样品冲洗干净；
所述步骤四和步骤五之间还包括以下过程：将步骤四中酸洗活化处理后的钛合金样品置于低温等离子体处理仪中处理30~45min，所述低温等离子体处理仪的气氛为氩气或氮气；所述低温等离子体处理仪的频率为30~50kHz，功率为30~50W，氩气的压强为30~80Pa；
所述化学镀液包含的组分及其含量为：氯化镍24g/L、氢氧化钠39g/L、乙二胺59mL/L、硼氢化钠0.6g/L、硝酸铅14mg/L、增强剂3~5g/L；
所述增强剂的制备方法为：按重量份，取20~30份重量比为1:3的凹凸棒土和硅藻土，粉碎后搅拌均匀，然后在500~600℃的条件下煅烧1~3h，取煅烧后的混合物15~20份加入密封容器中，同时加入100~120份0.1~0.5mol/L 的酸性溶液，并向密封容器中通入氮气使氮气饱和，密封，然后置于2.5MeV、40mA的电子加速器中进行辐照搅拌处理，离心、干燥，得到增强剂；所述辐照采用的辐照剂量率为100~200kGy/h，辐照剂量为500~800kGy，搅拌速度为100~150r/min。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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