)复合镀液及其在碳钢表面的应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种N1-P-(MoS2-CaF2)复合镀液及其在碳钢表面的应用。
【背景技术】
[0002]随着航空、电子、化工、机械、仪表、冶金等行业的深入发展及其效率的提高，对一些摩擦副的工作温度及在高温时的各类性能提出了更高的要求，急需研制出在高温、腐蚀、摩擦磨损等工况下具有长寿命、耐磨损的镀层材料以满足其要求。
[0003]目前，化学镀N1-P合金镀层具有良好的均镀性、稳定性、耐蚀性、可焊性以及结合强度高、孔隙率少等优点，因此在国防、化工、精密仪器制造等行业得到了广泛的应用。但是，在干摩擦条件下，N1-P合金镀层的润滑性能较差，现有的单一镀层材料已难以满足某些特殊性能的要求，迫切需要各种新型的结构材料与功能材料。复合镀层已被认为是解决磨损、腐蚀等问题的一种很有前途的方法。为了进一步扩展N1-P化学镀层的应用领域和提高其使用温度范围，在碳钢表面通过化学复合镀技术制备了耐高温、耐磨、自润滑复合镀层，提高在高温、低载、中低速及腐蚀介质工况下使用的零部件的使用性能，避免使用难以加工的昂贵钢材或昂贵的铁基高温合金等整体材料来提高零件表面性能，或因零件磨损而频繁的更换给生产带来的不便。同时，避免使用液体润滑剂给环境带来的严重污染。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种N1-P-(MoS2-CaF2)复合镀液及其在碳钢表面的应用，所得镀层在室温?600°C具有连续润滑、高结合强度、低摩擦系数(200 — 600°C时摩擦系数为0.30?0.45)、耐磨损、长寿命、防粘及耐腐蚀的优点。
[0005]—种N1-P-(MoS2-CaF2)复合镀液，该镀液中含有蒸馏水，镀液所包含的其余组分及各组分与蒸馏水的质量体积比或体积比为:主盐NiSO4.6H2020?30g/L、还原剂NaH2PO2.H2025?35g/L、缓冲剂CH3COONa 15?25g/L、主络合剂乳酸15?25mL/L、辅助络合剂丙酸5?15mL/L、稳定剂90~140mg/L、阳离子表面活性剂5CK80 mg/L、MoS2和CaF2混合物I?12 g/L。
[0006]所述稳定剂为碘酸钾。
[0007]所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
[0008]所述MoS2和CaF2混合物中MoS2和CaF2的质量比为7:3，粒度< ΙΟμπι。
[0009]上述镀液在碳钢表面的应用，包括以下步骤:
1)将NiSO4.6H20,NaH2PO2.H2O、CH3C00Na、乳酸、丙酸、稳定剂、阳离子表面活性剂按比例用万分之一天平称取或用量筒量出各组分，然后置入镀液容器中，再加入蒸馏水总量的80%，组成混合溶液；
2)按上述配比称取MoS2和CaF2，置入烧杯中，加入剩余蒸馏水，超声混合2.5?3小时后，将其加入步骤I)所述的混合溶液中，一边升温，一边用磁力搅拌，升温至70?90°C时，调节镀液的PH值为4.4?5.0，将碳钢样件置入该镀液中，施镀3?4小时后取出；
3)将碳钢样件用蒸馏水清洗干净并晾干，然后置于热处理炉中在300±3°C保温2h，自然降温至室温后取出备用。
[0010]所述碳钢表面通过以下步骤预处理:
1)对碳钢表面进行打磨清除表面的粗糙状态，预磨至表面粗糙度为0.02?0.8μπι;
2)表面去除油污:用乙醇溶液清洗5?15min；
3)碳钢表面除锈、表面活化处理:将上述碳钢样件置于浓度为10%的盐酸溶液中，浸蚀温度为室温，浸蚀时间1?20 min，然后用水清洗。
[0011]所述搅拌的速度为30CK600 rpm。
[0012]本发明镀液的配方以NiSO4.6H20为主盐，NaH2PO2.H2O为还原剂。以主络合剂乳酸和辅助络合剂丙酸提高镀液中镍粒子的稳定性和镀速。加入适量的稳定剂为了防止镀液分解。表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵主要使固体润滑剂MoS2和CaF2颗粒在镀液中呈亲水性并带有正电荷对施镀阴极表面有亲和性并均匀地分散在镀液中，阳离子表面活性剂能在颗粒表面强烈的吸附，起润湿、分散和悬浮稳定性作用，有利于其与镍粒子的共沉积。
[0013]本发明在碳钢表面所得镀层在高温机械摩擦过程中，在室温?200°C时，MoS2起主要润滑作用；在200?600°C时，由于高温机械摩擦化学效应，摩擦表面生成了Ni0、Mo03、CaF2及钙盐组成的复合物起主要的润滑作用。
[0014]综上所述，在碳钢表面化学镀N1-P-(MoS2-CaF2)复合镀层，在室温?600°C具有连续润滑、高结合强度、低摩擦系数(200 - 600°C时摩擦系数为0.30?0.45 )、耐磨损、长寿命、防粘和耐腐蚀的特性。
【具体实施方式】
[0015]实施例1在F30X8 mm的A3钢试样上，制备厚度35±2 μπι的N1-P-(MoS2-CaF2)耐磨润滑复合镀层。
[0016]按照碳钢样件预处理工艺将F30X8 mm的A3钢试样处理后待镀。将2g/L、重量比为7:3、粒度< ΙΟμπι的MoS2和CaFJg合均匀，加入少量蒸馏水，用超声波分散0.5小时待用。
[0017]按如下配比配制镀液:
主盐NiS04*6H20 25 g/L;还原剂NaH2PO2.H2O 30 g/L;缓冲剂CH3COONa 20 g/L;主络合剂乳酸20 mL/L;辅助络合剂丙酸10mL/L;稳定剂碘酸钾100 mg/L;表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵60 mg/L;MoS2和CaF2混合物2 g/L。
[0018]搅拌速度:420rpm，温度:84°C，PH值:4.6，用氨水调节pH值，镀时3.5小时。
[0019]将镀好的40Cr钢试样晾干后按照热处理工艺进行处理后即可。
[0020]实施例2在F25X5 mm的45#钢试样上制备厚度25±2 μπι的N1-P-(MoS2-CaF2)耐磨润滑复合镀层。
[0021 ] 按照碳钢样件预处理工艺将F25 X 5 mm的45#钢试样处理后待镀。将2 g/L、重量比为7:3、粒度< ΙΟμπι的MoS2和CaFJg合均匀，加入少量蒸馏水，用超声波分散0.5小时待用。
[0022]按如下配比配制镀液:
主盐NiS04*6H20 25 g/L;还原剂NaH2PO2.H2O 30 g/L;缓冲剂CH3COONa 20 g/L;主络合剂乳酸20 mL/L;辅助络合剂丙酸10mL/L;稳定剂碘酸钾100 mg/L;表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵60 mg/L;MoS2和CaF2混合物2 g/L。
[0023]搅拌速度:420印111，温度:83°(3，？11值:4.6，用氨水调节pH值，镀时3.5小时。
[0024] 将镀好的45#钢试样风干后按照热处理工艺进行处理即可。
【主权项】
1.一种N1-P-(MoS2-CaF2)复合镀液，其特征在于该镀液中含有蒸馏水，镀液所包含的其余组分及各组分与蒸馏水的体积比或质量体积比为:NiSO4.6H2020?30g/L、NaH2PO2.H2025?35g/L、CH3C00Nal5?25g/L、乳酸 15?25mL/L、丙酸 5?15mL/L、稳定剂 90~140mg/L、阳离子表面活性剂50?80 mg/L、MoS2和CaF2混合物I?12 g/L。2.如权利要求1所述的镀液，其特征在于所述稳定剂为碘酸钾。3.如权利要求1所述的镀液，其特征在于所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。4.如权利要求1所述的镀液，其特征在于所述MoS2和CaF2混合物中MoS2和CaF2的质量比为 7:3。5.如权利要求1所述的镀液，其特征在于所述MoS2和CaF2混合物中MoS2和CaF2的粒度<1um06.如权利要求1至5中任意一项所述镀液在碳钢表面的应用，其特征在于包括以下步骤: 1)将NiSO4.6H2O,NaH2PO2.H20、CH3⑶ONa、乳酸、丙酸、稳定剂、阳离子表面活性剂以及蒸馏水总量的80%混合组成混合溶液； 2)在MoS2和CaF2中加入剩余蒸馏水，超声混合2.5?3小时后，将其加入步骤I)所述的混合溶液中，加热搅拌，升温至70?90°C时，调节镀液的PH值为4.4-5.0,然后将碳钢样件置入镀液3?4小时后取出； 3)将碳钢样件用蒸馏水清洗并晾干，然后将其在300±3°C保温2h，自然降至室温后取出备用。7.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述碳钢表面通过以下步骤预处理: 1)对碳钢表面进行打磨清除表面的粗糙状态，预磨至表面粗糙度为0.02?0.8μπι； 2)表面去除油污:用乙醇溶液清洗5?15min; 3)碳钢表面除锈、表面活化处理:将上述碳钢样件置于浓度为10%的盐酸溶液中，浸蚀温度为室温，浸蚀时间1?20 min，然后用水清洗。8.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述搅拌的速度为300?600rpm。
【专利摘要】本发明公开了一种Ni–P–(MoS2–CaF2)复合镀液，该镀液中含有蒸馏水，镀液所包含的其余组分及各组分与蒸馏水的质量体积比或体积比为：主盐NiSO4·6H2O20~30g/L、还原剂NaH2PO2·H2O25~35g/L、缓冲剂CH3COONa15~25g/L、主络合剂乳酸15~25mL/L、辅助络合剂丙酸5~15mL/L、稳定剂90~140mg/L、阳离子表面活性剂50~80？mg/L、MoS2和CaF2混合物1~12？g/L。本发明还公开了该镀液在碳钢表面的应用，所得镀层在室温~600℃具有连续润滑、高结合强度、低摩擦系数（200－600℃时摩擦系数为0.30～0.45）、耐磨损、长寿命、防粘和耐腐蚀的特性。
【IPC分类】C23C18/36
【公开号】CN105543814
【申请号】CN201510822546
【发明人】李珍, 陆龙, 张亚丽, 李苍昊, 郭鸿儒, 陈建敏, 王静波, 周健松
【申请人】中国科学院兰州化学物理研究所, 兰州工业研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年11月24日