电沉积制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金镀层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属表面处理技术领域，设及一种在金属表面制备合金锻层的方法， 具体设及一种在金属表面通过电沉积制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层的方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，环保部口对含化废液和废气的管控愈加严格，使得化（铭）锻层的应 用受到限制。于是人们致力于开发出能够替代化锻层的环保锻层。在众多金属材料中， W(鹤）合金表现出高烙点、高硬度和高耐腐蚀等优良性能，将W合金作为特殊器件表面的 "替代化"锻层已引起广泛关注。
[0003] 对于Co(钻）基W合金锻层而言，使其能够作为"替代化"锻层的主导性因素是锻 层W含量。利用直流电沉积制备Co基W合金锻层时，提高锻液中W浓度可W使锻层W含量 升高，但存在上限（约32atom. %)，并且锻层W含量高于20atom. %后，Co-W合金锻层易于 呈现非晶态或非晶态/晶态混合的状况，并时常伴有Co3W出现。即便非晶态Co基W合金 锻层的W含量较高，但其硬度却低于W含量少的晶态（Co固溶体单一相）Co基W合金锻层。 此外，金属间化合物Co3W的存在会提高Co-W合金锻层的硬度，在腐蚀环境中它会成为点蚀 的萌生区，导致锻层耐腐蚀性恶化。
[0004] 对于合金而言，除了通过调控其结构或现有成分比例来改善性能外，另一种方法 是添加其它合金成分。Ni(儀）加入到Co当中可W促进Co表面形成致密的纯化膜，使所 构成的Co-Ni合金耐腐蚀性显著高于金属Co;Co与Ni形成固溶体时会产生固溶强化作用， 使Co-Ni合金拥有比金属Co更高的硬度；Ni属于化族元素，可W与W进行诱导共沉积。因 此，Co-Ni-WS元合金锻层应当拥有更高的硬度和更优越的耐腐蚀性能。 阳0化]综上所述，提升Co基W合金锻层硬度和耐腐蚀性的关键在于：（1)提高锻层W含 量；（2)控制锻层结构为纳米晶Co固溶体单一相的状态；（3)选择合适的合金成分配比。
[0006] 近年来，声电化学的相关研究表明：（1)超声场可W改善电沉积过程中电流效率 低、电流微观分布不均、液相传质慢等问题；(2)超声场有利于细化锻层晶粒，并影响锻层 结晶取向；（3)超声场还可对合金锻层的成分比例产生影响。
【发明内容】
[0007] 本发明在前人的工作基础上，紧密结合金属表面电沉积技术、声电化学等热点研 究领域，通过合理配制锻液，将超声场引入电沉积过程，利用脉冲电沉积手段，制备出单一 相纳米晶Co-Ni-W合金锻层，W期获得高硬度、高耐腐蚀的良好性能。
[0008] 本发明的目的之一在于提供一种制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层的锻液，通 过合理的配置锻液为电沉积制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层做准备。
[0009] 本发明的制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层的锻液，包含下述组分：
[0010]
[0012] 余量为溶剂去离子水。
[0013] 本发明的目的之二在于提供一种基于上述制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层 的锻液通过电沉积制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层的方法。
[0014] 具体的，本发明的电沉积制备单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层的方法，包括下述 步骤：
[0015] (1)按照下述计量比配制锻液：
[0017] 余量为溶剂去离子水；调节锻液的PH值为7. 0~9. 5,静置陈化，备用； 阳018] 上述技术方案中，通过氨水和盐酸调节锻液的抑值为7. 0~9. 5。
[0019] 优选的，将配制完成的锻液静置陈化36个小时W上。
[0020] (2)将步骤（1)得到的锻液置入超声波恒溫槽中，实施脉冲电沉积；
[0021] 上述技术方案中，电沉积过程中，阴极与销阳极之间的距离为I~6cm，溫度为 35~55°C，平均阴极电流密度20~160mA'cm-S，脉冲电流的占空比为30~70%，脉冲频 率为80~1500Hz。
[0022] 上述技术方案中，超声波功率为50~200W，超声波频率为30~120曲Z。
[0023] 上述技术方案中，将步骤（1)得到的锻液置入超声波恒溫槽中，实施脉冲电沉积 10~30min。
[0024] (3)将经过步骤（2)脉冲电沉积的锻层放入气氛保护炉中保溫处理，最终获得单 一相纳术晶Co-化-W合金锻层。 阳0巧]上述技术方案中，气氛保护炉中的气氛为肥与Ar(氣气）的混合气。
[0026] 优选的，所述的混合气中肥与Ar的体积比为5~10%。
[0027] 上述技术方案中，溫度为120~160°C，保溫处理0. 5~1. 5小时。
[0028] 本发明利用Co、Ni、WS元锻液体系，通过脉冲电沉积手段，并将超声场应用到电 沉积过程中，通过超声场作用加速W配合物的液相传质速率、促进W析出的界面反应发生、 调控锻层的结晶过程，制备出W含量高且为Co固溶体单一相纳米晶Co-Ni-W合金锻层，其 具有高硬度、高耐腐蚀的良好性能，可用W代替传统的Cr锻层。
【具体实施方式】
[0029] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅 仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范 围。
[0030] 下述实施例中所用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规生化试剂商店购买得 到。 阳0川 实施例1
[0032] 取冷社低碳钢板10X20X1. 5mm若干片，表面用金相砂纸打磨，经无水乙醇、丙酬 依次清洗后，干燥，放入干燥器中备用。该处理过的冷社低碳钢板将作为电沉积的基底。 阳〇3引使用去离子水配制锻液，锻液组成为：C〇S〇4? 7&0 0. 4mol?L1，NiS〇4?6H200 .Imol?L1，胞2胖〇4? 2&0 0.Imol?L1，H3BO3O. 06mol?L1，NH4CI0.Olmol?L1， Na2S〇4?IOH2O0. 03mol?L1，CieHseClN0. 02mol?L1，NasOftOy? 2&0 0. 2mol?L1。调节锻 液抑值为7. 5,再将锻液静置陈化36h。
[0034] 将此前预处理的冷社低碳钢板作为阴极，销片作为阳极，阴极与阳极之间的距离 为2cm，电沉积溫度为40 °C，平均阴极电流密度40mA?cm2，脉冲电流的占空比为40 %，脉冲 频率为lOOHz，超声波功率为50W，超声波频率为40曲Z，电沉积时间为30min。
[00对再将电沉积获得的锻层放入气氛保护炉中保溫处理，气氛为VAr混合气[V化)/V(Ar) = 8% ]，溫度为150。保溫时间为1小时。
[0036] 通过X射线衍射仪与电子能谱测定获得的Co-Ni-W合金锻层样品的物相、平均晶 粒尺寸和W含量；用维氏硬度计测试样品的硬度；并将样品浸泡在5%氯化钢溶液中60min 后，测试其腐蚀电流密度。测试结果见表1。
[0037] 实施例2
[003引按照实施例I的方法处理冷社低碳钢板。