纳米复合镀层、电镀液以及电镀方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种N1-Cr-S12纳米复合镀层、电镀液以及电镀方法，属于电镀材料技术领域。
【背景技术】
[0002]纳米复合镀层是指在电镀液或者化学镀液中加入非水溶性纳米固体材料使其与主体金属共沉积到基体材料表面的镀层。与普通金属镀层相比，这类镀层具有更优异的耐磨性、高温抗氧化性、耐蚀性和机械性能。金属镍以其优异的物理化学特性被越来越广泛的关注，但从目前国内外研究文献来看，镍电镀层往往存在硬度较低、表面形貌粗糙、耐蚀性较差等缺点。Lidia Benea等人通过向镀液中添加纳米T12成功获得了N1-T12纳米复合镀层，其硬度和表面形貌明显的优于镍镀层(参考= Lidia B1Eliza DJean P.Mater Sci Eng[J] ,2014,610(29): 106)。最近，镍铬合金镀层由于其特殊性能而成为研究热点，Mehran等利用电沉积的方法制备了N1-Cr-SiC纳米复合镀层，其显微硬度成功的从289HV提高到546HV (参考:Mehran M1Mansor H, Halimah M et al.Appl Nanosci [J]，2013，3(4): 357)。目前Al、Cr、SiC、Sn02、Ti02、Al203等纳米粒子均被用于制备镍基纳米复合镀层，并被广泛的用于精密模具的制造及复杂零件的保护等方面。但是，得到的复合镀层的硬度及电学性能仍不令人满意。
[0003]目前，将纳米S12直接添加到Ni2+和Cr3+镀液中制备N1-Cr-S12复合镀层，未见报道。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提供一种N1-Cr-S12纳米复合镀层、电镀液以及电镀方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种N1-Cr-S12纳米复合镀层，包括如下成分及其质量百分含量:
[0007]Ni 72.00-88.00%^Cr 10.00-20.00%、Si(M.00-5.00%，余量为不可避免的杂质。
[0008]根据本发明，优选的，所述的N1-Cr-S12纳米复合镀层，包括如下成分及其质量百分含量:
[0009]Ni 80.00-83.00%^Cr 12.00-16.00%、Si〇23.50-5.00%，余量为不可避免的杂质。
[0010]根据本发明，优选的，所述的N1-Cr-S12纳米复合镀层，包括如下成分及其质量百分含量:
[0011]Ni 82.95%Xr 12.21 %、Si024.82%，余量为不可避免的杂质。
[0012]根据本发明，优选的，所述的N1-Cr-S12纳米复合镀层组分晶粒的平均粒径为16-19nm0
[0013]根据本发明，优选的，所述的N1-Cr-S12纳米复合镀层的显微硬度为1000-1329HV。
[0014]根据本发明，优选的，所述的N1-Cr-S12纳米复合镀层在3.5wt.%NaCl溶液中的交流阻抗为4380-6997 Ω /cm20
[0015]本发明还提供上述N1-Cr-S12纳米复合镀层的电镀液，包括如下成分的浓度组成:
[0016]CrCl3.6H20 70-80g/L,NiSO4.6H2O 40-60g/L,NiCl2.6H2O 40-50g/L,NH4Cl40-60g/L，H3B0340-60g/L，十二烷基磺酸钠(Ci2H25NaO4S) 0.1-0.3g/L，柠檬酸 120-140g/L，Si0210-20g/Lo
[0017]根据本发明的电镀液，优选的，包括如下成分的浓度组成:
[0018]CrCl3.6H2O 75g/L,NiSO4.6H2O 50g/L,NiCl2.6H2O 45g/L,NH4Cl 50g/L，H3B0350g/L，十二烷基磺酸钠(C12H25NaO4S)0.2g/L，柠檬酸 130g/L，Si0215g/L。
[0019]本发明还提供上述N1-Cr-S12纳米复合镀层的电镀方法，以石墨为阳极、铁为阴极，采用上述电镀液，采用脉冲电沉积的方式电镀;电镀条件:脉冲频率5-15HZ，脉冲占空比40-60 %，电流密度 10-30A/dm2，电镀温度20-35 °C，电镀时间40-100min，pH= 2-3。
[0020]本发明的有益效果:
[0021]1、本发明的N1-Cr-S12纳米复合镀层晶粒尺寸较小、表面光滑、结构致密。这是由于S12纳米粒子的加入加快金属的成核速率并且抑制晶粒的增长，从而使得晶粒粒径减小，导致晶粒细化，镀层致密度提高。
[0022]2、本发明的N1-Cr-S12纳米复合镀层具有高硬度、耐蚀性好及表面形貌优异的特点，显微硬度可达1329HV，在3.5wt.%NaCl溶液中的交流阻抗可达6997 Ω /cm2。
[0023 ] 3、本发明优化了镀液组成及电镀条件，电镀方法简单。
【附图说明】
[0024]图1为本发明试验例I中，对比例I和实施例1镀层的SEM图。其中，(a)为对比例I制得的N1-Cr纳米复合镀层，(b)为实施例1制得的N1-Cr-S12纳米复合镀层。
[0025]图2为本发明试验例2中，对比例I和实施例1镀层的XRD图谱。
[0026]图3为本发明试验例3中，实施例1-3制得的N1-Cr-S12纳米复合镀层中S12的质量百分含量对比曲线。
[0027]图4为本发明试验例4中，对比例I制得的N1-Cr纳米复合镀层和实施例1-3制得的N1-Cr-S12纳米复合镀层中的显微硬度对比曲线。
[0028]图5为本发明试验例5中，对比例I制得的N1-Cr纳米复合镀层和实施例1-3制得的N1-Cr-Si02纳米复合镀层的交流阻抗曲线。
【具体实施方式】
[0029]下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。
[0030]试验例中采用Quanta 200型场发射环境扫描电子显微镜(SEM)观测复合镀层的表面形貌。采用D8-X射线衍射仪(XRD)分析复合镀层的物相结构，用谢乐公式计算平均晶粒尺寸。采用HXD-1000TM型维氏显微硬度计测量镀层的显微硬度(载荷为100g，加载时间为10s)。采用CHI 660E型电化学工作站在3.5wt.%NaCl溶液中测量镀层以及交流阻抗曲线评价镀层的耐蚀性，液温为室温，工作电极为待测的N1-Cr和N1-Cr-S12纳米复合镀层，辅助电极为铂电极，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)。
[0031]实施例l、N1-Cr-Si02纳米复合镀层的制备
[0032]电镀液成分的浓度组成:
[0033]CrCl3.6H20 75g/L,NiSO4.6H2O 50g/L,NiCl2.6H2O 45g/L,NH4Cl 50g/L，H3B0350g/L，十二烷基磺酸钠(C12H25NaO4S)0.2g/L，柠檬酸 130g/L，Si0215g/L。药品均为分析纯试剂，溶剂采用二次蒸馏水。
[0034]采用HP-MCC25型智能多功能双脉冲电镀电源(上海贺普科技有限公司)，10ml烧杯为电解槽，阳极材料为石墨棒，阴极材料为6_ X 30mm单面低碳钢片；
[0035]电镀条件:脉冲频率10Hz，脉冲占空比50%，电流密度10-30A/dm2，电镀温度30°C，电镀时间60111；[11，口!1=2.85。
[0036]N1-Cr-S12 纳米复合镀层的成分组成为:Ni 82.95%,Cr 12.21 %、Si024.82%，余量为不可避免的杂质。
[0037]对比例l、Ni_Cr纳米复合镀层的制备
[0038]如实施例1所述，不同的是电镀液中不加入S12。电镀条件同实施例1。
[0039]N1-Cr纳米复合镀层的成分组成为:Ni 86.13%,Cr 13.83%，余量为不可避免的杂质。
[0040]实施例2、N1-Cr_Si02纳米复合镀层的制备
[0041 ]如实施例1所述，不同的是电镀液成分的浓度组成:
[0042]CrCl3.6H20 70g/L,NiSO4.6H2O 40g/L,NiCl2.6H2