专利名称：一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法
技术领域：
本发明涉及一种镍基化学复合镀层的制备方法。
技术背景磁场可以影响单金属或合金的化学沉积过程，从而影响镀层的结构与性能。目前关于磁 场对化学镀层的形成以及性能的研究集中在Ni-Co-P、M-Co-B等少数体系中。这些化学镀层， 一般适用作为电子、计算机等行业的集元件与材料为一体的新型软磁薄膜。但是这些镀层的 性能重现性不理想，耐磨性能不佳，直接影响了这类新型软磁薄膜的研究和应用。对软磁合金材料而言，高耐磨性是保证元器件性能稳定和使用寿命的重要指标之一。化 学镀镍基合金镀层经过热处理后，镀层的硬度可达到1000HV，耐磨性好，可用作一般模具 及器件的表面耐磨层。但对于一些特殊的模具和器件，由于精度要求特别高，不能对其进行 热处理；而现有的不经过热处理的镍磷合金镀层硬度较低，其耐磨性能不佳。因此，化学镀 镍磷合金在这种场合的应用受到了限制。化学复合镀技术是制备高硬度、高耐磨性金属镀层 的工艺之一。有报道表明[1~2]，晶须增强镍基化学复合镀层具有良好的耐磨性能。但是迄今 为止有关交变磁场条件下将晶须应用于镍基化学复合镀层的研究尚未见报道。研究无需后续 热处理且具有高硬度、高耐磨性的镀层具有重要的现实意义。参考文献[l]YaxuJin, Lin Hua. Journal of Science and Technology, 2007， 23(3): 387-391。 [2]金亚旭，华林，中国有色金属学报，2007， 17(8): 1280-1285。 发明内容本发明的目的在于提供一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，该方 法制备镀层不需要后续热处理、.具有高硬度、高耐磨性能。为了实现上述目的，本发明的技术方案是 一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍 基镀层的方法，其特征在于它包括如下步骤1) 镀件预处理将镀件打磨抛光，然后除油，最后用稀酸弱浸蚀，浸蚀时间为0.5 1.0min;2) 钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须在室温下球磨5 30h，球磨 介质为无水乙醇，转速200~600r/min，球料比20 60 : 1;在0.10-1.00mol/LK2Cr2O7和 1 5mol/LH2S04混合溶液中化学粗化处理10~40分钟；然后在10~50g/LSnCl2'2H2O的HC1 溶液中敏化处理10 40分钟；最后在1 15g/LPdCl2溶液中活化处理10 40分钟，得经过预处 理的钛酸钾晶须；3) 含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备在含有NiS04.6H20 0.05 0.10mol/L、 NaH2P02.2H20 0.20~0.40mol/L、乳酸0.15~0.40mol/L、丙酸0.015 0.045mol/L、十二烷基苯磺酸钠1 5mL/L的基础镀液中加入经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾 晶须的浓度达0.5~5.0g/L，得含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液；4)磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合 镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.0 5.0，在交变磁场和机械搅拌条件下，按照一 般化学镀的操作方法，将镀件于恒温(水浴中)施镀1.0 3.0小时，温度为85 95'C，所施加 的交变磁场的励磁电压为30 70V，频率为10Hz;获得化学复合镀晶须增强镍基镀层(即均 匀、高硬度和耐磨性良好的含有钛酸钾晶须的镍基化学复合镀层，简写为Ni-P-PTW)。所述镀件为金属。本发明通过钛酸钾晶须与金属的共沉积作用，使得钛酸钾晶须分散在金属基复合镀层 中。交变磁场的施加可以增大传质速率和氢气的脱附，这对镀层的沉积有利。本发明以交变磁场为外力(通过异步电动机定子绕组线圈产生旋转交变电磁场)，在磁 场条件下施镀，以钛酸钾晶须为增强相，得到的是晶粒细小的晶态镀层，镀层具有较高的抵 抗微变形的能力，产生了较大的硬化作用，同时细小晶粒的镀层也具有良好的塑性和韧性， 能有效地阻碍裂纹的萌生和扩展，表现出良好的耐磨性。此外，磁场条件下得到的镀层表面 "胞"的高度差较大，形成了明显的"峰"和"谷"，在镀层的摩擦磨损中，"胞谷"间可以更好地 贮存润滑油，摩擦配对副中有一层良好的油膜，能有效地防止对磨金属的转移，减少磨损量。 润滑膜还能减少镀层发生微塑性变形以及降低磨损时引起的表面温度的升高，减小配对副之 间热量对磨损镀层表面的软化作用和表面微裂纹的形成几率，明显地提高了镀层的耐磨性。本发明与现有技术相比，具有以下突出的优点O本发明将高速化学镀镍液作为基础镀液，将经过预处理的钛酸钾晶须加入到其中作 为化学复合镀的镀液，施镀过程中同时施加交变电磁场。本发明所制备的镀层(简写为 Ni-P-PTW)不需后续的热处理工艺，在镀态下就具有高的硬度和耐磨性能。在同等测试条件 下，磁场处理条件下得到的NlP-PTW复合镀层的抗磨损能力为不施加磁场处理的Ni-P-PTW 镀层的1.5 5倍。2) 本发明制备方法简单，镀液可以镀覆在不同金属零件表面上，适合于工业化生产。3) 本发明所制备的镀层可以延长金属零件的使用寿命，提高系统的运转效率，节约能 源，有利于环境保护。因此，在电子、汽车、机械、化工、航空航天等工业部门具有广泛的 应用。
图1是镀镍装置的结构示意图。图2是实施例1得到的镀层表面SEM图。图3是镀层的抗磨损性能图。图中1-鍍件；2-镀槽；3-搅拌器；4-电加热器；5-温度计；6-温度调节器；7 -继电器；8-电磁驱动器；9-调压变压器。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。 实施例1:参见图1，这是本发明工艺流程中的一个主要工序磁场作用下化学复合镀工序中使用的 镀镍装置的结构示意图，镀镍装置为包括镀槽2、搅拌器3、电加热器4、温度计5、温度调 节器6、继电器7、电磁驱动器8、调压变压器9，镀槽2为圆柱形玻璃镀槽，搅拌器3的搅 拌叶片、镀件l、电加热器4、温度计5、温度调节器6分别位于镀槽2内，电磁驱动器8为 异歩电动机定子绕组线圈。通过异步电动机定子绕组线圈产生旋转交变电磁场，在化学复合 镀的原理作用下，在45号钢基体(30x30x4 mm3片状)上镀覆含有钛酸钾晶须的镍基化学复 合镀层。一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，它包括如下步骤1) 镀件预处理将镀件打磨抛光、有机溶剂除油、碱性除油、稀酸弱浸蚀； 其中有机溶剂除油选用丙酮浸渍一蒸汽联合除油方式，时间30分钟。碱性除油溶液配方和操作条件为Na2C03 10g/L、 Na3P04.12H20 10g/L、 Na2Si03 10g/L、 OP-10 lg/L，温度 85 °C ，除油时间为30分钟。弱侵蚀用3 %盐酸侵蚀0.5min。2) 钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须在室温下球磨lOh(球磨介 质为无水乙醇，转速400r/min，球料比50 : 1);在0.40mol/LK2Cr2O7和4.5mol/LH2S04 混合溶液中化学粗化处理20分钟；然后在10g/LSnCl2'2H2O的HC1溶液中敏化处理20分钟； 最后在lg/LPdCl2溶液中活化处理20分钟。3) 含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备基础镀液配方为 NiS046H20 0.076mol/L、 NaH2P02'2H20 0.227mol/L、乳酸0.259mol/L、丙酸0.027 mol/L、 十二烷基苯磺酸钠lmL/L;在上述基础镀液中添加经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾晶须 浓度达1.0g/L，得含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液。4) 磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合 镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.7,在机械搅拌条件下于90'C恒温水浴中对镀 件施镀2.0小时，并同时施加的交变磁场，励磁电压为50V，频率为10Hz;获得化学复合镀 晶须增强镍基镀层(即均匀、高硬度和耐磨性良好的含有钛酸钾晶须的镍基化学复合镀层)。图2为该工艺条件下所得化学复合镀晶须增强镍基镀层(Ni-P-PTW)表面的SEM图。 可见，磁场条件下得到的镀层表面"胞"的高度差较大，形成了明显的"峰"和"谷"，这样的镀 层形态在镀层的摩擦磨损中，"胞谷"间可以更好地贮存润滑油，能有效地防止对磨金属的转 移，减少磨损量。磨损实验结果表明磁场条件下得到的Ni-P-PTW复合镀层的抗磨损能力 为未施加磁场条件下得到的Ni-P-PTW复合镀层的抗磨损能力的1.5倍(参见图3)。利用显 微硬度仪测得的磁场条件下得到的Ni-P-PTW复合镀层的显微硬度为850HV。因此本发明的 含有钛酸钾晶须的化学复合镀层具有高的硬度和耐磨性能。实施例2:参见图1，这是本发明工艺流程中的一个主要工序磁场作用下化学复合镀工序中使用的 镀镍装置示意图，镀槽为圆柱形玻璃镀槽。通过异步电动机定子绕组线圈产生旋转交变电磁场，在化学复合镀的原理作用下，在45号钢基体(30x30x4 mm3片状)上镀覆含有钛酸钾晶 须的镍基化学复合镀层。一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，它包括如下步骤1) 镀件预处理将镀件打磨抛光、有机溶剂除油、碱性除油、稀酸弱浸蚀； 其中有机溶剂除油选用丙酮浸渍一蒸汽联合除油方式，时间30分钟。碱性除油溶液配方和操作条件为Na2C03 10g/L、 Na3P04'12H20 10g/L、 Na2Si03 10g/L、 OP-10 lg/L,温度 85°C，除油时间为30分钟。弱侵蚀用3X盐酸侵蚀0.5min。2) 钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须球磨15h(球磨介质为无水 乙醇，转速300r/min，球料比50: 1);在0.40mol/LK2Cr2O7和4.5mol/LH2S04混合溶液中 化学粗化处理20分钟；然后在10g/LSnCl2'2H2O的HC1溶液中敏化处理20分钟；最后在 1 g/LPdCl2溶液中活化处理20分钟。3) 含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备基础镀液配方为 NiS04.6H20 O.080mol/L、 NaH2P02'2H20 0.235mol/L、乳酸0.259mol/L、丙酸0.027 mol/L、 十二烷基苯磺酸钠lmL/L;在上述基础镀液中添加经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾晶须 浓度达2.0g/L，得含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液；4) 磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.8，在机械搅拌条件下于90'C恒温水浴中对镀 件施镀2.0小时，并同时施加的交变磁场，励磁电压为30V，频率为10Hz;获得化学复合镀 晶须增强镍基镀层(即均匀、高硬度和耐磨性良好的含有钛酸钾晶须的镍基化学复合镀层)。磨损实验结果表明磁场条件下得到的Ni-P-PTW复合镀层的抗磨损能力为未施加磁场 条件下得到的Ni-P-PTW复合镀层的抗磨损能力的2倍。利用显微硬度仪测得的磁场条件下 得到的N卜P-PTW复合镀层的显微硬度为870HV。因此本发明的含有钛酸钾晶须的化学复合 镀层具有高的硬度和耐磨性能。实施例3:一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，它包括如下步骤1) 镀件预处理将镀件(金属)打磨抛光，然后除油，最后用稀酸弱浸蚀； 其中有机溶剂除油选用丙酮浸渍一蒸汽联合除油方式，时间30分钟。碱性除油溶液配方和操作条件为Na2C03 10g/L、 Na3P04'12H20 10g/L、 Na2Si03 10g/L、 OP-10 lg/L，温度 85°C，除油时间为30分钟。弱侵蚀用3X盐酸侵蚀0.5min。2) 钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须在室温下球磨5h，球磨介 质为无水乙醇，转速200r/min，球料比20: 1;在0.10mol/LK2Cr2O7和lmol/LH2SCV混合 溶液中化学粗化处理10分钟；然后在10g/LSnCl2'2H2O的HC1溶液中敏化处理10分钟；最 后在lg/LPdCl2溶液中活化处理10分钟，得经过预处理的钛酸钾晶须。3) 含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备在含有NiS04.6H20 O.05mol/L、 NaH2P02'2H20 0.20mol/L、乳酸O.15mol/L、丙酸0.015 mol/L、十二烷基苯磺酸 钠lmL/L的基础锒液中加入经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾晶须的浓度达0.5g/L，得含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液。4)磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合 镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.0，在交变磁场和机械搅拌条件下，按照一般化 学镀的操作方法，将镀件于恒温(水浴中)施镀1.0小时，温度为85'C，所施加的交变磁场 的励磁电压为30V，频率为10Hz;获得化学复合镀晶须增强镍基镀层。实施例4:一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，它包括如下歩骤1) 镀件预处理将镀件(金属)打磨抛光，然后除油，最后用稀酸弱浸蚀；其中有机溶剂除油选用丙酮浸渍一蒸汽联合除油方式，时间30分钟。碱性除油溶液配 方和操作条件为Na2C03 10g/L、 Na3P04'12H20 10g/L、 Na2Si03 10g/L、 OP-10 lg/L，温度 85°C，除油时间为30分钟。弱侵蚀用3%盐酸侵蚀l.Omin。2) 钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须在室温下球磨30h，球磨介 质为无水乙醇，转速600r/min，球料比60:1;在1.00mol/LK2Cr2O7禾D 5mol/LH2S04 混合溶液中化学粗化处理40分钟；然后在50g/LSnCl2'2H2O的HCI溶液中敏化处理40分钟； 最后在15g/LPdCl2溶液中活化处理40分钟，得经过预处理的钛酸钾晶须。3) 含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备在含有NiS(V6H20 0.10mol/L、 NaH2P02'2H20 0.40mol/L、乳酸0.40mol/L、丙酸0.045 mol/L、十二烷基苯磺酸 钠5mL/L的基础镀液中加入经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾晶须的浓度达5.0g/L，得含 有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液。4) 磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合 镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为5.0，在交变磁场和机械搅拌条件下，按照一般化 学镀的操作方法，将镀件于恒温(水浴中)施镀3.0小时，温度为95'C，所施加的交变磁场 的励磁电压为70V，频率为10Hz;获得化学复合镀晶须增强镍基镀层。
权利要求
1.一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，其特征在于它包括如下步骤1)镀件预处理将镀件打磨抛光，然后除油，最后用稀酸弱浸蚀，浸蚀时间为0.5～1.0min；2)钛酸钾晶须预处理使用行星球磨机将市售的钛酸钾晶须在室温下球磨5～30h，球磨介质为无水乙醇，转速200～600r/min，球料比20～60∶1；在0.10～1.00mol/LK2Cr2O7和1～5mol/LH2SO4混合溶液中化学粗化处理10～40分钟；然后在10～50g/LSnCl2·2H2O的HCl溶液中敏化处理10～40分钟；最后在1～15g/LPdCl2溶液中活化处理10～40分钟，得经过预处理的钛酸钾晶须；3)含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备在含有NiSO4·6H2O0.05～0.10mol/L、NaH2PO2·2H2O 0.20～0.40mol/L、乳酸0.15～0.40mol/L、丙酸0.015～0.045mol/L、十二烷基苯磺酸钠1～5mL/L的基础镀液中加入经过预处理的钛酸钾晶须，使钛酸钾晶须的浓度达0.5～5.0g/L，得含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液；4)磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.0～5.0，在交变磁场和机械搅拌条件下，按照一般化学镀的操作方法，将镀件于恒温施镀1.0～3.0小时，温度为85～95℃，所施加的交变磁场的励磁电压为30～70V，频率为10Hz；获得化学复合镀晶须增强镍基镀层。
全文摘要
本发明涉及一种镍基化学复合镀层的制备方法。一种磁场作用下制备化学复合镀晶须增强镍基镀层的方法，其特征在于它包括如下步骤1)镀件预处理；2)钛酸钾晶须预处理；3)含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液的制备；4)磁场作用下化学复合镀镍将所得的含有经预处理过的钛酸钾晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氢氧化钠溶液调节pH值为4.0～5.0，在交变磁场和机械搅拌条件下，按照一般化学镀的操作方法，将镀件于恒温施镀1.0～3.0小时，温度为85～95℃，所施加的交变磁场的励磁电压为30～70V，频率为10Hz；获得化学复合镀晶须增强镍基镀层。该方法制备镀层不需要后续热处理、具有高硬度、高耐磨性能。
文档编号C23C18/18GK101235496SQ20081004694
公开日2008年8月6日 申请日期2008年2月28日 优先权日2008年2月28日
发明者林 华, 潜 彭, 许小芳, 金亚旭 申请人:武汉理工大学