专利名称：低应力、抗磨减摩梯度Ni－Co纳米合金镀层的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种低应力、抗磨减摩梯度Ni-Co纳米合金镀层的制备方法。
背景技术：
纳米晶材料与常规晶体材料相比具有一系列独特的物理化学性能，已作为一类先进材料而受到了科学界和工业界的广泛关注。纳米合金作为纳米材料的一类重要类型，逐步成为许多工业应用的理想选择。纳米合金的制备方法有多种，其中电沉积法具有设备简单、能耗低、沉积温度低、易操作和成本低等优点。对纳米合金晶粒尺寸和应力间的关系研究表明，纳米合金镀层在电结晶过程中会产生很高的内应力，会引起镀层的剥落和开裂，从而对纳米合金镀层的耐蚀性，疲劳强度，耐磨性以及磁性都会产生较大的影响。尤其是在电铸工业中，制备低应力甚至零应力的厚层纳米合金镀层具有重要的使用价值和应用前景，因此厚沉积层中较高的内应力是电沉积法制备纳米合金材料的一个障碍。目前，随着工件表面抗磨镀层的不断发展，要求镀层同时具有较好的抗磨性和减摩效果，以减小对摩擦配副的磨损损失。作为耐磨性表面使用的各种镀层如果存在较高的内应力，将会显著降低镀层的使用寿命。因此制备低应力，抗磨减摩的纳米材料逐渐成为了人们研究的热点和难点。Ni-Co合金由于具有良好的耐蚀性，美观的颜色以及良好的耐磨性和优异的磁性等，而广泛用作装饰性，功能防护性镀层以及磁性材料。另外由于其较好的力学性能而广泛用作电铸模具材料。但是，目前国内外关于针对厚层纳米镍钴合金镀层内应力大、结合强度低、抗磨减摩性能差等问题的相关研究较少。
发明内容
本发明的目的在于提供一种较厚的梯度镍钴纳米合金镀层的制备方法，通过控制合金中组成含量的梯度变化，使梯度层具有相应的结构和性能梯度。从而解决纳米合金镀层内应力大，功能单一的问题。制备出同底材结合强度高、具有优异抗磨减摩性能的梯度Ni-Co内米合金镀层。
本发明的目的是通过以下措施实现的一种低应力、抗磨减摩梯度Ni-Co内米合金镀层的制备方法，其特征在于采用电沉积法制备，电解液由硫酸镍，氯化钠，硼酸，氯化钴和糖精酸钠组成；电沉积时纯镍片为阳极，将经过常规镀前预处理后的钢铁、铜金属工件作阴极，控制施镀温度在40～45℃，电解液pH值3～4.5，电流密度3～5A/dm2；沉积过程中通过逐渐增加电解液中氯化钴的浓度和控制相应的沉积时间电解液中氯化钴浓度(g/L)电沉积时间(min)0 302 301030
20 3040 3080 90即可一次性沉积出厚度超过150μm的梯度Ni-Co纳米合金镀层。
本发明每升电解液中含有190-210克硫酸镍，19-21克氯化钠，28-32克硼酸，0～80克氯化钴和1～4克糖精酸钠。
本发明制备出的梯度Ni-Co内米合金镀层结构致密均匀，表面平整，表面达到了镜面光亮的效果。合金镀层平均晶粒尺寸在16-24nm，梯度合金镀层沿厚度方向，Co含量从0wt.％缓慢增加到81wt.％。梯度Ni-Co合金镀层相结构由面心立方结构(FCC)逐步过渡到密排六方结构(HCP)。梯度纳米合金镀层的内应力较均质单层富钴合金镀层降低10～14倍。干摩擦磨损试验表明，梯度纳米合金镀层的抗磨性较纳米Ni和低钴合金镀层降低4-6倍，摩擦系数降低2倍左右(保持在0.20～0.26)。本发明在钢铁，铜等工件表面镀覆厚梯度Ni-Co内米合金镀层工艺稳定，操作简单，投资小。制备出的梯度Ni-Co纳米合金镀层既有较高的抗磨性，同时具有良好的减摩性能。因此适用于同时要求高耐磨和良好减摩性的部件，如要求耐磨与润滑的汽车发动机等零部件。同时其较低的内应力有望使其进一步应用于精密合金电铸生产。
图1是本发明梯度镍钴纳米合金镀层断面的成分梯度分布。
图2是本发明梯度镍钴纳米合金镀层摩擦系数曲线。
具体实施例方式
实施例1以纯镍片作阳极，待处理工件作阴极。电沉积梯度Ni-Co纳米合金镀层的溶液组成如下每升电解液中含200克硫酸镍，20克氯化钠，30克硼酸，0～80克氯化钴和1～4克糖精酸钠。将施镀温度维持在40～45℃，镀液PH值3～4.5，电流密度3～5A/dm2。将经过常规化学除油，酸性活化后的钢铁，铜金属工件，按上述镀液成分和工艺条件下进行电沉积，沉积过程中按照表1所示的工艺逐渐增加钴盐浓度和控制相应的沉积时间(见表1)，即可在工件上一次性沉积出厚度大于150μm的梯度Ni-Co纳米合金镀层。
表1梯度Ni-Co纳米合金镀层电沉积控制条件
权利要求
1.一种低应力、抗磨减摩梯度Ni-Co纳米合金镀层的制备方法，其特征在于采用电沉积法制备，电解液由硫酸镍，氯化钠，硼酸，氯化钴和糖精酸钠组成；电沉积时纯镍片为阳极，将经过常规镀前预处理后的钢铁、铜金属工件作阴极，控制施镀温度在40～45℃，镀液PH值3～4.5，电流密度3～5A/dm2；沉积过程中通过逐渐增加电解液中氯化钴的浓度和控制相应的沉积时间电解液中氯化钴浓度(g/L) 电沉积时间(min)0 302 3010 3020 3040 3080 90即可一次性沉积出厚度超过150μm的梯度Ni-Co纳米合金镀层。
2.如权利要求1所说的方法，其特征在于每升电解液中含有190-210克硫酸镍，19-21克氯化钠，28-32克硼酸，0～80克氯化钴和1～4克糖精酸钠。
全文摘要
本发明公开了一种低应力、抗磨减摩梯度Ni－Co纳米合金镀层的制备方法。主要是针对目前制备的厚层纳米合金镀层内应力大、结合强度低、抗磨减摩性能差等问题而发明的。本发明采用电沉积方法，在含硫酸镍和氯化钴的基础电解液中，通过逐渐增加电解液中钴盐的浓度和控制相应的电沉积时间制备出结构致密，表面平整，与底材结合牢固，钴含量呈明显梯度变化的梯度Ni－Co纳米合金镀层。其优点在于制备出的梯度合金镀层所具有的成分和结构梯度有效地降低了厚镀层的内应力，表现出优异的抗磨和减摩性能。因此适用于同时要求高耐磨和良好减摩性的部件，同时有望应用于精密合金电铸生产。
文档编号C25D3/56GK1766173SQ20041009021
公开日2006年5月3日 申请日期2004年10月26日 优先权日2004年10月26日
发明者徐洮, 王立平, 薛群基 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所