CN114351218B - 一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液、其制备方法、电镀方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液、其制备方法、电镀方法和应用，涉及电镀技术领域。该高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的原料按浓度计包括可溶性镍化合物180‑220g/L、可溶性磷化合物15‑20g/L、可溶性钨化合物20‑40g/L、自润滑颗粒5‑20g/L、球形陶瓷微粉20‑50g/L、添加剂0.1‑0.3g/L、络合剂80‑100g/L，余量为水；其中，自润滑颗粒包括碳纤维、石墨烯和石墨中的至少一种；球形陶瓷微粉包括三氧化二铝、碳化硅和氧化锆中的至少一种。其可以获得具备优异的耐磨性能、自润滑性能、防腐蚀性能的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。
Description
技术领域
本发明涉及电镀技术领域，具体而言，涉及一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液、其制备方法、电镀方法和应用。
背景技术
电镀硬铬是一种传统的加工工艺，已有100多年的历史，能够以较低的成本提高工件的耐磨性能及耐腐蚀性能，广泛用于制药业、印刷业、化工、食品工业、航天航空和汽车工业、石油装备等行业。但镀铬工艺是一种强污染、高耗能的粗放型生产工艺，镀铬过程排放的铬雾和含六价铬废水是一种强致癌物。它的生产和使用过程都对地球生态造成污染，被列入世界三大污染行业之一。为了减少电镀铬行业对环境的危害，从2011年开始，我国限制电镀铬行业发展，对电镀铬行业征收高额排污费，加大对环境违法行为的打击力度。因此世界各国的环保部门对铬雾及含铬废水的排放控制措施一年比一年严厉。
代替电镀硬铬的新型环保表面处理工艺经过近10年的发展取得一定的成果，已经产业化的工艺有热喷涂镍基合金、碳化钨硬质合金、碳氮低温共渗等，以上工艺由于成本、综合性能、实施工艺等方面的原因，只能在某些领域代替电镀硬铬工艺，因此一种普适性较广泛的代铬工艺还是大家研究的热点。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液、其制备方法、电镀方法和应用。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其原料按浓度计包括可溶性镍化合物180-220g/L、可溶性磷化合物15-20g/L、可溶性钨化合物20-40g/L、自润滑颗粒5-20g/L、球形陶瓷微粉20-50g/L、添加剂0.1-0.3g/L、络合剂80-100g/L，余量为水；
其中，所述自润滑颗粒包括碳纤维、石墨烯和石墨中的至少一种；
所述球形陶瓷微粉包括三氧化二铝、碳化硅和氧化锆中的至少一种。
第二方面，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的制备方法，其包括将如前述实施方式任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的原料混合均匀；
优选地，先在容器中加入部分所述水，再加入所述络合剂搅拌至溶解，然后依次加入所述可溶性镍化合物、所述可溶性钨化合物、所述可溶性磷化合物和所述添加剂搅拌至溶解，最后加入所述自润滑颗粒和所述球形陶瓷微粉，最后用所述水补足至指定体积，充分搅拌至均匀悬浮。
第三方面，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法，其包括将阳极和阴极插入于如前述实施方式任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液中，开通电源进行电镀，形成高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。
在可选的实施方式中，所述阳极为铱钽钛或石墨板；所述阴极为待镀工件；
优选地，在进行所述电镀时，镀液温度60℃-75℃，所述待镀工件的电流密度为3-8A/dm2。
第四方面，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，其是采用如前述实施方式任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法在所述阴极上电镀形成的；
优选地，所述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层包括镍钨磷合金层、球形陶瓷微粉和自润滑粉末，所述球形陶瓷微粉和所述自润滑粉末以固体颗粒的形式分散于所述镍钨磷合金层中。
第五方面，本发明提供如前述实施方式任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液在制药业、印刷业、化工、食品工业、航天航空、汽车工业或石油装备中制备耐磨耐腐蚀工件中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本申请提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液通过将可溶性镍化合物、可溶性磷化合物、可溶性钨化合物、自润滑颗粒、球形陶瓷微粉共同作为镀液主要组份，用于在阴极上沉积出高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，同时配合特定的添加剂和络合剂，能够使得该电镀液的稳定性好，较容易的实现自润滑颗粒、球形陶瓷微粉与可溶性镍化合物、可溶性磷化合物和可溶性钨化合物共沉积形成特殊的金属与固体互相融合的复合镀层，相较于其他表面处理硬化技术而言，该工艺充分利用了电镀技术与硬质材料(Al2O3)、润滑材料(C)相融合的方式，得到一种复合镀层，球形陶瓷微粉为硬质材料起到支撑作用，确保镀层不容易磨损，而自润滑颗粒作为润滑材料起到减磨的作用，进一步降低镀层的磨损量，并能起到降低对偶件磨损的作用，该体系中采用的球形陶瓷微粉本身还起到减磨作用，被磨损后形成蜂窝状结构(见图 1和图2)，可以捕捉储存磨损的自润滑颗粒，该复合镀层不仅具备优异的耐磨性能还具备优异的自润滑性能，既可以提高施镀工件在工作过程的耐磨性能，同时也降低了其对磨工件的损伤，该镀层特别适用于对密封有要求的磨损环境，可降低对偶件的磨损；该镀层也可用于干摩擦和油摩擦的磨损环境。该工艺与其它硬化技术(热喷涂、热渗、粉末冶金)相比，操作及实施简单，成本低，具有更广泛的普适性；与电镀硬铬技术相比，其综合性能 (耐磨、防腐)明显优于电镀硬铬技术，对电能的损耗为镀铬的1/7，属于低能减排工艺。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例1提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的平面扫描图；
图2为本申请实施例1提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的截面扫描图；
图3为本申请实施例1提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的元素分布图；
图4为本申请实施例1提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的摩擦系数图；
图5为本申请实施例5提供的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的摩擦系数图；
图6为本申请对比例3提供的镀铬层的摩擦系数图；
图7为本申请对比例4提供的电镀层的摩擦系数图；
图8为本申请对比例5提供的电镀层的摩擦系数图；
图9为本申请对比例6提供的镀铬层的摩擦系数图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其按浓度计包括可溶性镍化合物180-220g/L、可溶性磷化合物15-20g/L、可溶性钨化合物20- 40g/L、自润滑颗粒5-20g/L、球形陶瓷微粉20-50g/L、添加剂0.1-0.3g/L、络合剂80-100g/L，余量为水。
本实施例中，可溶性镍化合物溶解后形成的镍离子是镀层中镍的来源，可溶性镍化合物的选择有多种，包括但不限于硫酸镍、氯化镍和氨基磺酸镍中的至少一种；可溶性磷化合物提供了镀层中的磷元素，可溶性磷化合物的选择有多种，包括但不限于亚磷酸、亚磷酸钠和亚磷酸铵中的至少一种；可溶性钨化合物提供了镀层中的钨元素，可溶性钨化合物的选择也有多种，包括但不限于钨酸钠、钨酸铵和钨酸钾中的至少一种。自润滑颗粒和球形陶瓷微粉分别为镀层中自润滑颗粒和球形陶瓷微粉的提供者。
本申请中，可溶性镍化合物不仅提供了镀层中的镍元素，同时也是电镀液中主要导电盐，提高镀液的电镀速率，因此镀液中的可溶性镍化合物含量较高，含量控制在180-220g之间；可溶性磷化合物作为镀层磷元素的提供者，其含量高低直接影响了镀层中磷元素的含量，镀层中磷的含量对镀层的耐腐蚀性能(特别是耐酸性能)有较大的影响，可溶性磷化合物含量偏低，镀层的耐腐蚀性能降低，可溶性磷化合物含量过高，镀层易出现针孔、应力大的缺陷，并且镀液的镀速会降低；可溶性钨化合物在镀液体系中起到细化晶粒和提高镀层硬度的作用，可溶性钨化合物含量过低，镀层硬度偏低，可溶性钨化合物含量过高，镀速下降；络合剂是平衡各主盐离子析出电位的主要因素，同时也可保证镀液体系的稳定性；络合剂与可溶性镍化合物、可溶性磷化合物、可溶性钨化合物合理配比，才能得到较优的镀速、耐腐蚀性能、硬度、结合力及表面质量。优选地，本申请中的络合剂包括质量比为1：2- 5的DL-苹果酸和柠檬酸钠。
自润滑颗粒和球形陶瓷微粉是提高镀层耐磨性能的主要因素，其中，自润滑颗粒包括碳纤维、石墨烯和石墨中的至少一种；碳纤维、石墨烯和石墨均可以利用其自身的润滑性能和较高的强度来提高镀层的自润滑性能，降低摩擦系数，同时也可降低对偶件的磨损；优选地，自润滑颗粒为碳纤维；更优选为经质量百分数浓度为20-40％的氢氧化钠溶液活化的碳纤维粉末；其粒径为1μm-10μm；自润滑颗粒的粒径过小会影响耐磨性，粒径过大会导致镀层表面粗糙度过高。
本申请中球形陶瓷微粉为规则的球形，不仅利用了本身的高硬度超耐磨的特性，球形陶瓷微粉同时也具备降低磨损面积，从而降低磨损阻力，具有较好的滑动性，在磨损过程中产生的规则微圆孔可以储存油和磨损的碳纤维，两者相辅相成，进一步提高了复合镀层的耐磨性及自润滑性能。球形陶瓷微粉包括三氧化二铝、碳化硅和氧化锆中的至少一种。优选地，球形陶瓷微粉为三氧化二铝；其粒径为2μm-10μm。球形陶瓷微粉的粒径过小会影响耐磨性，球形陶瓷微粉的粒径过大会影响粗糙度。
本申请的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液将可溶性镍化合物、可溶性磷化合物、可溶性钨化合物、自润滑颗粒、球形陶瓷微粉共同作为镀液主要组份，用于在阴极上沉积出高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，由于本实施例中，可溶性镍化合物要与可溶性磷化合物、可溶性钨化合物以离子状态通过电化学反应共沉积形成镍钨磷合金镀层，同时还要与自润滑颗粒、球形陶瓷微粉通过物理吸附、电化学吸附以固体颗粒的形式均匀分布于合金镀层中，形成高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。
因此，本实施例中，可溶性镍化合物、可溶性磷化合物、可溶性钨化合物的用量至关重要，同时通过加入络合剂来调节各主盐的电位差，才能得到较优性能的合金镀层，同时在电镀过程中通过机械搅拌或镀液循环来保证自润滑颗粒、球形陶瓷微粉固体颗粒均匀的分布于电镀液中，并加入添加剂增加自润滑颗粒、球形陶瓷微粉固体颗粒的电化学吸附性能，能够保证高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的沉积效果更佳。本申请中，添加剂包括质量比为1：1-4的硫酸铈和五氧化二钒。
本实施例中，通过控制各个原料的选择以及各个原料的含量，使得各个原料的相互配合相互协同效果更佳，电镀液的性能提升。
优选地，高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其原料按浓度计包括硫酸镍 180-220g/L、亚磷酸15-20g/L、钨酸钠20-40g/L、碳纤维5-20g/L、三氧化二铝20-50g/L、添加剂0.1-0.3g/L、络合剂80-100g/L，余量为水。
更优选地，高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其原料按浓度计包括硫酸镍200-210g/L、亚磷酸17-20g/L、钨酸钠25-30g/L、碳纤维10-15g/L、三氧化二铝30-40g/L、添加剂0.15-0.2g/L、络合剂90-95g/L，余量为水。
进一步地，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的制备方法，其包括将上述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的原料混合均匀。
具体地，先在容器中加入部分水，再加入络合剂搅拌至溶解，然后依次加入可溶性镍化合物、可溶性钨化合物、可溶性磷化合物和添加剂搅拌至溶解，最后加入自润滑颗粒和球形陶瓷微粉，最后用水补足至指定体积，充分搅拌至均匀悬浮。
本实施例中，通过控制原料的加入顺序，将络合剂与部分去离子水搅拌至溶解，然后依次加入可溶性镍化合物、可溶性钨化合物、可溶性磷化合物搅拌至溶解，使得络合剂预先与镍离子、钨离子形成络合金属离子，有利于避免镍离子、钨离子在与可溶性磷化合物(例如亚磷酸时)共存的条件下产生沉淀；最后加入自润滑颗粒和球形陶瓷微粉后要充分搅拌溶液，以保证自润滑颗粒和球形陶瓷微粉能够均匀的悬浮于镀液中。该制备方法简单，容易实现。
其次，本发明提供一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法，其包括以铱钽钛或石墨板为阳极，以待镀工件为阴极，将阳极和阴极插入于上述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液中，开通电源进行电镀，在进行电镀时，镀液温度60℃-75℃，待镀工件的电流密度为3-8A/dm2，形成高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。该电镀方法可以广泛用于金属工件的表面处理，适用于工件存在干摩擦、腐蚀及含油水介质摩擦的使用环境。
该高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的微观结构为球形陶瓷微粉和自润滑粉末以固体颗粒的形式分散于镍钨磷合金层中。该高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层该不仅具备优异的耐磨性能还具备优异的自润滑性能，既可以提高施镀工件在工作过程的耐磨性能，同时也降低了其对磨工件的损伤，该镀层特别适用于对密封有要求的磨损环境，可降低对偶件的磨损；该镀层也可用于干摩擦和油摩擦的磨损环境。
此外，本发明提供了上述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液在制药业、印刷业、化工、食品工业、航天航空、汽车工业或石油装备中制备耐磨耐腐蚀工件中的应用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
以配制1升镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀液为例，在体积为1 升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：5 的DL-苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍210g搅拌至溶解，加入钨酸钠30g搅拌至溶解；加入亚磷酸20g，搅拌至溶解，加入碳纤维15g 及三氧化二铝30g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：3的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
使用该电镀液时，保持镀液搅拌状态，将电镀液温度控制在70℃；用铱钽/钛或者石墨板作为阳极，用需要电镀的工件作为阴极；按照电流密度为5A/dm2电镀，在工件表面可获得镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀层，该镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀层即为本申请的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。请参阅图1和图2，从图1和图2可以看出，碳纤维和三氧化二铝均匀分布于镍钨磷合金层中，其中，三氧化二铝呈球形且在镀层表面凸出于镍钨磷合金层，碳纤维与三氧化二铝均匀的弥散于镍钨磷镀层中，组成一种特殊的复合镀层，请参阅图3。
实施例2
以配制1升镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀液为例，在体积为1 升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：3 的DL-苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍180g搅拌至溶解，加入钨酸钠30g搅拌至溶解；加入亚磷酸20g，搅拌至溶解，加入碳纤维15g 及三氧化二铝30g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：2的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例3
以配制1升镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀液为例，在体积为1 升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：4 的DL-苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍210g搅拌至溶解，加入钨酸钠20g搅拌至溶解；加入亚磷酸20g，搅拌至溶解，加入碳纤维15g 及三氧化二铝30g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：3的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例4
以配制1升镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀液为例，在体积为1 升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：4 的DL-苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍210g搅拌至溶解，加入钨酸钠30g搅拌至溶解；加入亚磷酸15g，搅拌至溶解，加入碳纤维15g 及三氧化二铝30g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：3的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例5
以配制1升镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀液为例，在体积为1 升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：4 的DL-苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍210g搅拌至溶解，加入钨酸钠30g搅拌至溶解；加入亚磷酸20g，搅拌至溶解，加入碳纤维5g 及三氧化二铝20g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：3的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例6
以配制1升镍钨磷+石墨+氧化锆复合电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入100g络合剂搅(质量比为1：5的 DL-苹果酸和柠檬酸钠)拌至溶解，加入氯化镍20g，硫酸镍200搅拌至溶解，加入钨酸铵40g搅拌至溶解；加入亚磷酸钠15g，搅拌至溶解，加入石墨5g及氧化锆50g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：2 的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例7
以配制1升镍钨磷+石墨烯+碳化硅复合电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入80g络合剂(质量比为1：2的DL- 苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入氨基磺酸镍190g搅拌至溶解，加入钨酸钾22g搅拌至溶解；加入亚磷酸铵18g，搅拌至溶解，加入石墨烯20g 及碳化硅20g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：1的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
实施例8
以配制1升镍钨磷+石墨烯+碳化硅复合电镀液为例，在体积为1升的第一容器中加入300毫升去离子水，放入90g络合剂(质量比为1：5的DL- 苹果酸和柠檬酸钠)搅拌至溶解，加入硫酸镍210g搅拌至溶解，加入钨酸钠30g搅拌至溶解；加入亚磷酸20g，搅拌至溶解，加入石墨烯15g及碳化硅30g，搅拌时间不低于1小时，加入添加剂(质量比为1：3的硫酸铈和五氧化二钒)0.2g，搅拌至溶解，用去离子水将液位补至1升刻度处，即完成电镀液的配制。
电镀方法与实施例1相同。
对比例1
将实施例1中的亚磷酸含量提升到40g；
对比例2
将实施例1中的钨酸钠含量提升到60g；
对比例3
采用商用的电镀硬铬镀液，电流密度60A/dm2，电镀1.5小时。
对比例4
省略实施例1中的碳纤维。
对比例5
省略实施例1中的三氧化二铝。
对比例6
省略实施例1中的碳纤维和三氧化二铝。
对比例7
本对比例与实施例1的原料相同，制备方法不同，本对比例中，所有组分一并混合均匀。
将实施例1-8和对比例1-7获得镀层进行耐酸性、卡氏实验、镀速、硬度、表观等性能进行检测，检测结果可参阅表1。
表1.实施例1-8和对比例1-7获得的镀层的性能检测
将实施例1、5以及对比例3-6获得镀层进行耐磨性能比较，检测结果可参阅表2。
表2.实施例1、5和对比例3、4、5、6获得的镀层的耐磨性检测
| 示例 | 摩擦系数 | 磨损量 |
| 实施例1 | 0.2398 | 0.0015g |
| 实施例5 | 0.3019 | 0.0023g |
| 对比例3 | 0.5611 | 0.0048g |
| 对比例4 | 0.5048 | 0.0032g |
| 对比例5 | 0.3249 | 0.0056g |
| 对比例6 | 0.5302 | 0.0097g |
检测标准及方法：
表面硬度：按GB/T 9790中的维氏硬度检测方法执行；
耐酸性：检测试样为2cm×5cm铁片，全部镀覆镀层，放入15％盐酸，温度控制在30℃，浸泡24小时，测量试片失重。
卡氏实验：按GB64060-86金属覆盖层铜加速醋酸盐雾试验，检测时间为72小时。
耐磨实验：对磨材料Si3N4、直径5mm、载荷10N、摩擦半径3mm、转速150r/min。
从表1可以看出，实施例1-8获得的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的综合性能明显优于对比例1-7获得的电镀层，实施例1-8获得的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层的耐酸性以及对基体材料的保护能力明显优于对比例1-3和对比例7所获得的镀铬层，而自润滑颗粒和球形陶瓷微粉的加入或省略(如对比例4-6)对镍钨磷电镀层自身的硬度和耐酸性影响较小，但镀速相较于实施例1显著降低。
从表2、图4、图5、图6、图7、图8和图9，可以看出，实施例1、 5所获得的镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合电镀层的耐磨性均优于对比例 3所获得的镀铬层；实施例1所获得的镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝复合镀层的耐磨性能及自润滑性能明显优于对比例5所获得的所获得的镍钨磷+碳纤维+三氧化二铝，充分说明了碳纤维及三氧化二铝在该体系中的含量对提高耐磨及自润滑的重要性，其中碳纤维及三氧化二铝均有降低摩擦系数的功能，碳纤维降低摩擦系数的特性优为明显，三氧化二铝在提升镀层硬度及降低磨损量的特性较明显，将碳纤维及三氧化二铝两者组合在一起，可以得到低摩擦系数、低磨损量的特殊镀层。
综上所述，本实施例通过将可溶性镍化合物、可溶性磷化合物、可溶性钨化合物、自润滑颗粒、球形陶瓷微粉共同作为镀液主要组份，用于在阴极上沉积出高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，同时配合特定的添加剂和络合剂，能够使得该电镀液的稳定性好，较容易的实现自润滑颗粒、球形陶瓷微粉与可溶性镍化合物、可溶性磷化合物和可溶性钨化合物共沉积形成特殊的金属与固体互相融合的复合镀层，相较于其他表面处理硬化技术而言，该工艺充分利用了电镀技术与硬质材料(Al2O3)、润滑材料(C)相融合的方式，得到一种复合镀层，球形陶瓷微粉为硬质材料起到支撑作用，确保镀层不容易磨损，而自润滑颗粒作为润滑材料起到减磨的作用，进一步降低镀层的磨损量，并能起到降低对偶件磨损的作用，该体系中采用的球形陶瓷微粉本身还起到减磨作用，被磨损后形成蜂窝状结构(见图1和图2)，可以捕捉储存磨损的自润滑颗粒，该复合镀层不仅具备优异的耐磨性能还具备优异的自润滑性能，既可以提高施镀工件在工作过程的耐磨性能，同时也降低了其对磨工件的损伤，该镀层特别适用于对密封有要求的磨损环境，可降低对偶件的磨损；该镀层也可用于干摩擦和油摩擦的磨损环境。该工艺与其它硬化技术(热喷涂、热渗、粉末冶金)相比，操作及实施简单，成本低，具有更广泛的普适性；与电镀硬铬技术相比，其综合性能(耐磨、防腐)明显优于电镀硬铬技术，对电能的损耗为镀铬的1/7，属于低能减排工艺。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其特征在于，其原料按浓度计包括可溶性镍化合物180-220 g/L、可溶性磷化合物15-20 g/L、可溶性钨化合物20-40 g/L、自润滑颗粒10-15 g/L、球形陶瓷微粉30-40 g/L、添加剂 0.1-0.3 g/L、络合剂80-100 g/L，余量为水；
所述自润滑颗粒为经质量百分数浓度为20-40%的氢氧化钠溶液活化的碳纤维粉末；所述自润滑颗粒的粒径为1 μm - 10 μm；
所述球形陶瓷微粉为三氧化二铝；所述球形陶瓷微粉的粒径为2 μm - 10 μm；所述可溶性磷化合物为亚磷酸；所述可溶性钨化合物包括钨酸钠、钨酸铵和钨酸钾中的至少一种；所述添加剂包括质量比为1：1-4的硫酸铈和五氧化二钒；所述络合剂包括质量比为1：2-5的DL-苹果酸和柠檬酸钠；
所述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的制备方法包括：先在容器中加入部分所述水，再加入所述络合剂搅拌至溶解，然后依次加入所述可溶性镍化合物、所述可溶性钨化合物、所述可溶性磷化合物和所述添加剂搅拌至溶解，最后加入所述自润滑颗粒和所述球形陶瓷微粉，最后用所述水补足至指定体积，充分搅拌至均匀悬浮。
2.根据权利要求1所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其特征在于，所述可溶性镍化合物包括硫酸镍、氯化镍和氨基磺酸镍中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液，其特征在于，所述可溶性镍化合物为硫酸镍、所述可溶性磷化合物为亚磷酸、所述可溶性钨化合物为钨酸钠。
4.一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法，其特征在于，其包括将阳极和阴极插入于如权利要求1-3任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液中，开通电源进行电镀，形成高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层。
5.根据权利要求4所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法，其特征在于，所述阳极为铱钽钛或石墨板；所述阴极为待镀工件。
6.根据权利要求5所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法，其特征在于，在进行所述电镀时，镀液温度60℃-75℃，所述待镀工件的电流密度为3-8A/dm2。
7.一种高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，其特征在于，其是采用如权利要求4-6任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液的电镀方法在所述阴极上电镀形成的。
8.根据权利要求7所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层，其特征在于，所述高硬度自润滑镍钨磷复合电镀层包括镍钨磷合金层、球形陶瓷微粉和自润滑粉末，所述球形陶瓷微粉和所述自润滑粉末以固体颗粒的形式分散于所述镍钨磷合金层中。
9.如权利要求1-3任一项所述的高硬度自润滑镍钨磷复合电镀液在制药业、印刷业、化工、食品工业、航天航空、汽车工业或石油装备中制备耐磨耐腐蚀工件中的应用。
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Non-Patent Citations (1)
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