CN1308496C - 一种提高金属表面耐高温和耐磨损的电沉积复合镀方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高金属表面抗高温腐蚀和抗磨损性能的电沉积复合镀方法它是将金属Ni作为阳极，将受镀工件作为阴极放入盛有单盐酸性镀液3中。在单盐酸性镀液3中加入硬质化合物微粉及石墨微粉6；在阳极金属作为基质金属被电离为金属离子送往受镀工件5的同时，悬浮在单盐酸性镀液3中的硬质化合物微粉及石墨微粉作为第二相颗粒也带往受镀工件5，并和金属离子一同被沉积到受镀工件5的表面上，使得受镀工件5的表面形成一层基质金属与第二相颗粒相配合的复合镀层。该复合镀层具有较高的抗高温腐蚀性能和抗磨损性能以及自润滑性能。

Description

一种提高金属表面耐高温和耐磨损的电沉积复合镀方法
所属技术领域
本发明涉及一种提高金属表面耐高温腐蚀和耐磨损性能的电沉积复合镀方法，特别是一种用于提高铸造形模及连铸坯结晶器表面耐高温腐蚀和耐磨损性能的微粒增强电沉积复合镀的方法。
背景技术
为提高金属表面抗高温腐蚀和抗磨损性能，人们已经研究出许多种强化其表面的方法。其中采用电沉积技术在提高金属表面耐磨性、润滑性等方面具有非常重要的作用。目前，用来提高金属表面抗高温腐蚀和抗磨损的较好的电沉积方法是通过电沉积将金属Ni、Cr等沉积于金属表面，形成抗高温腐蚀和抗磨损的镀层。然而这种镀层的抗磨损性能依然不理想。特别是用于使用温度较高的铸造形模及连铸坯结晶器表面强化，使用寿命较低，更换构件频繁，造成浪费，并且还带来一定的环境污染。
发明内容
为进一步提高金属表面抗高温腐蚀和抗磨损性能，本发明提供一种微粒增强电沉积复合镀的方法。该方法能较大程度的提高抗磨构件的使用寿命。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将金属Ni作为阳极，将受镀工件作为阴极放入盛有单盐酸性镀液中。在单盐酸性镀液中加入硬质化合物微粉及石墨微粉，并保持其微粉在单盐酸性镀液中的浓度为20g～80g/L；对单盐酸性镀液进行加温并保持在45～60℃之间；同时进行搅拌；通过电极向单盐酸性镀液中通入电流，电流密度在3.5～7A/dm2之间；单盐酸性镀液的pH值为2～6。
在电流的作用下，阳极金属Ni作为基质金属被电离为金属离子送往受镀工件。在此过程中，悬浮在单盐酸性镀液中的硬质化合物微粉及石墨微粉作为第二相颗粒也被带往受镀工件，并和金属离子一同沉积到受镀工件的表面上，使得受镀工件表面形成一层基质金属与第二相颗粒相配合的复合镀层。该复合镀层具有较高的抗高温腐蚀性能和抗磨损性能以及自润滑性能。
上述所说的硬质化合物微粉可以是Al2O3微粉或者SiC微粉或者Si3N4微粉，或者是它们混合的微粉。所说的受镀工件表面形成一层基质金属(如以Ni为基质金属)与第二相颗粒相配合的复合镀层是Ni-Al2O3或Ni-SiC或Ni-Si3N4或它们的混合的复合镀层。
上述所说的硬质化合物微粉，其粒度可以是纳米级和微米级的混合粒度，也可以全部是纳米级微粉。
上述所说的石墨微粉采用柔性石墨微粉，其粒度可以是纳米级和微米级的混合粒度，也可以全部是纳米级粒度。
为使硬质化合物微粉及石墨微粉在单盐酸性镀液中有利于分散和悬浮，可将其微粉在使用前进行活化处理。
为使硬质化合物微粉及石墨微粉在单盐酸性镀液中有利于分散和悬浮，还可在其单盐酸性镀液中加入分散剂。分散剂成分可采用糖精或1，4丁炔二醇。
上述所说的单盐酸性镀液采用瓦特镀液，主要成分为(g/L)：NiSO4·7H2O250；NiCl2·6H2O 40；H3BO3 25。
上述所说的单盐酸性镀液还可采用硫酸铜或硫酸锌镀液。
上述所说的对单盐酸性镀液进行搅拌可采用叶片搅拌器进行搅拌，或者采用超声搅拌装置进行超声搅拌，还可采用机械泵进行循环搅拌以及采用上述三种搅拌方法的组合搅拌。
本发明的有益效果是：
采用本发明的粒度在纳米和微米级混合的微粉作为第二相颗粒，以Ni作为基质金属，在金属基体上使用本发明提供的方法进行电沉积，能够形成结晶致密，结合力好的复合镀层，其显微硬度值和耐磨损性能，均高于电镀镍+铬层一倍以上。磨损实验在M-M200摩擦磨损试验机上进行，对磨试样为φ30mm的GCr15淬火钢环，与镀层试件以线接触的方式进行磨损。试验参数：载荷30N，钢环转速200r/min，磨损时间30min。高温腐蚀实验在箱式电炉中进行，加热温度800℃，时间72h。其结果见下表：
  对比类别   镀层种类   镀层厚度(μm)   与基体结合力   镀层硬度(HV)   镀层磨损量(％)   高温腐蚀增重量(mg/cm2)
  发本明   Ni-Al2O3   10   试样反复弯折180°，至折断，镀层无剥落现象   ＞1100   0.0011   0.631
  本发明   Ni-SiC   27   ＞1150   0.0013   0.276
  本发明   Ni-Si3N4   30   ＞1100   0.0010   0.566
  对比层   Ni+Cr   30   ＞200   0.0026   1.075
从表中可以看到，纳米及亚微米粒子的加入，显示出其粒子巨大表面效应的作用，使其镀层的性能出现了较大飞跃，获得了理想效果，使电沉积复合镀技术扩展应用领域成为可能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述方法的原理图。
图2是复合镀层的剖面构造图。
图中：1.电镀槽，2.Ni板，3.单盐酸性镀液3，4.叶片搅拌器，5.受镀工件，6.硬质化合物微粉及石墨微粉，7.超声搅拌装置，8.基质金属，9.第二相颗粒。
具体实施方式
将铜质的钢材连铸坯结晶器作为受镀工件5，阳极用Ni板2。将Ni板2和作为阴极的受镀工件5放入盛有单盐酸性镀液3的电镀槽1中。单盐酸性镀液3采用瓦特镀液。实验分三组进行，即在单盐酸性镀液3中分别加入纳米和微米级混合的Al2O3_石墨微粉、SiC_石墨微粉、Si3N4_石墨微粉作为硬质化合物微粉及石墨微粉6，保持其微粉浓度为20-80g/L左右；对单盐酸性镀液3进行加温并保持在50～55℃之间；电流密度调节在4.5～6.5A/dm2之间；单盐酸性镀液3的pH值为3～5。对单盐酸性镀液3不断的进行搅拌是十分必要的，本实施例同时采用了叶片搅拌和超声搅拌，即在单盐酸性镀液3中设置叶片搅拌器4，在电镀槽1的底部设置超声搅拌装置7。这样在电流的作用下，阳极用Ni板2作为基质金属8被电离为金属离子送往受镀工件5，而悬浮在单盐酸性镀液3中的硬质化合物微粉及石墨微粉6作为第二相颗粒9也被带往受镀工件5，并和金属离子一同被沉积到受镀工件5的表面上，使得受镀工件5的表面形成一层基质金属8与第二相颗粒9相配合的复合镀层。时间经过30分钟后，所得结果如下表所示：

Claims (2)

1、一种提高金属表面抗高温腐蚀和抗磨损性能的电沉积复合镀方法，它是将金属Ni或Cr作为阳极，将受镀工件(5)作为阴极放入盛有单盐酸性镀液(3)中，在单盐酸性镀液(3)中加入硬质化合物微粉及石墨微粉(6)，其特征在于：所说的硬质化合物微粉，其粒度是纳米级和微米级的混合粒度，或者全部是纳米级微粉；所说的石墨微粉采用柔性石墨微粉，其粒度是纳米级和微米级的混合粒度，或者全部是纳米级粒度；对单盐酸性镀液(3)进行搅拌。
2、根据权利要求1所述的电沉积复合镀方法，其特征在于所说的对单盐酸性镀液(3)进行搅拌是采用超声搅拌装置(7)进行搅拌。
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