高耐磨镍-锡-磷复合镀层的制备方法及镀液的制作方法

专利名称：高耐磨镍-锡-磷复合镀层的制备方法及镀液的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料表面处理领域中的化学复合镀，具体地说是涉及一种高耐磨镍一锡一 磷复合镀层的制备方法及镀液。
背景技术：
化学复合镀技术是在化学镀技术的基础上发展起来的，通过化学镀工艺制备的复合镀 层具有硬度高、镀层致密等优点，故目前化学复合镀已成为复合镀的重要组成部分和发展 方向。化学复合镀层是在保持原有基质金属镀层性质的基础上，再辅以复合相的特性，它 既强化了原有金属镀层的性质，又对原镀层进行了改性，可以通过改变基质金属和固体颗 粒的种类得到高硬度、高耐磨性、高耐蚀性、自润滑性的功能性镀层以及特殊的装饰性镀 层。因此，在电子计算机工业、石油化工工业、航空工业、汽车工业、机械工业以及印刷 等工业有着广泛的应用前景。
SiC、 Si3N4粒子具有很高的硬度和较强的化学稳定性。将SiC、 Si3N4粒子通过化学沉积 的方法复合到Ni-Sn-P镀层中，可获得镍一锡一磷化学复合镀层。该镀层兼具SiC、 Si3N4陶 瓷微粒及Ni-Sn-P合金镀层两者的优点，即高的耐磨性和Ni-Sn-P合金镀层优良的抗蚀性、 抗氧化性、延展性、装饰性和焊接性，使其在工业上有更广泛的应用。目前关于Ni-Sn-P 复合镀层的研究还未见报道。
在我们申请的专利(申请号200710060109.4)中提供了一种高耐蚀性镍一锡一磷合 金镀液，用此镀液制备的镍一锡一磷合金镀层在海水中具有优良的耐腐蚀性能，优于紫铜、 镍一磷合金及不锈钢，但镀层的耐磨性能欠佳。

发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐磨性化学镀镍一锡一磷复合镀层的镀液，适用于制备 高耐磨性能复合镀层，同时具备镍一锡一磷合金优异的耐腐蚀性能。我们经过无数次的研 究和实验，将SiC、 Si3N4粒子通过化学沉积的方法复合到镍一锡一磷合金镀层中，可获得 高耐磨性镍一锡一磷化学复合镀层，同时使其兼具镍一锡一磷合金优异的耐腐蚀性能。
本发明的技术方案概述如下
本发明的高耐磨性化学镀镍一锡一磷复合镀层的镀液，配方是每升溶液中含有 NiS04 6H20 10 45g、 NaH2P02 H20 20 70 g、
SnCU 3H20 5 30 g、CH3COONa
复合羟基羧酸络合剂 SiC或Si3N4
10 50g、 10 45 g、 4 10g、 0皿 0.008 g ，
余量为水;
所述复合羟基羧酸络合剂按重量百分比由下述组分组成乳酸50 — 65%，柠檬酸或 柠檬酸钾或拧檬酸钠为50—35%;溶液的pH值为4.2 5.5，采用硫酸和无水碳酸钾调节 pH值；SiC或Si3N4的粒径为0.2 7nm。
镀液优选配方是为NiS04 6H20为20g、 NaH2P02 H20 ^ 40 g、 SnCl4 3H20为20 8、013(:0(^&为3(^、复合羟基羧酸络合剂为20§、8^或813]^4为10§和？1 2+为0.0015g ， pH值为4.8。
本发明的高耐磨性化学镀镍一锡一磷复合镀层的制备方法，是将镀液按配方混合，用 超声波分散10 40min，然后用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在400—800r/min，溶液的 温度85 90°C ， pH值控制在4. 2 5. 5之间。
本发明的一种制备高耐磨性镍—锡一磷化学复合镀层的镀液具有如下优点
1、 镀液沉积速度快、稳定性好；
2、 镀层硬度达1400HV，耐磨性较镀硬Cr零件、高速钢零件提高1一2倍，较4Crl3、 2Crl3零件提高4一5倍。
3、 镀层能够很好的提高机械零件的耐磨性，延长使用寿命，广泛应用于机械、石油 化学工业、电器元件、航天航空的耐磨防腐等领域。
4、 本发明得到的镍一锡一磷复合镀层同时具备镍一锡一磷镀层优异的耐腐蚀性能。
余量为水，用硫酸和无水碳酸钾调节溶液的pH值为4.5，所述复合羟基羧酸络合剂按重 量百分比由下述组分组成乳酸50%,柠檬酸50%;
制备工艺条件将SiC或Si3N4陶瓷微粒加入镀液中，先用超声波分散30min，然后
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明 实施例l
一种制备高耐磨性镍一锡一磷化学复合镀层的镀液，.每升溶液中含有:
NiS04 6H20 10g、
NaH2P02 H20 20 g、
SnCU 3H20 5g、
CH3COONa 10 g、
复合羟基羧酸络合剂 10 g、
SiC或Si3N4 (粒径0.2 7nm) 4 g、用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在400r/min，所述溶液的温度85'C， pH值控制在4.5， 镀时1. 5h。镀层硬度900HV，镀层耐磨性测试为0.5mg/200次。 实施例2:
一种制备高耐磨性镍一锡一磷化学复合镀层的镀液，每升溶液中含有
NiS04 6H20 20g、
NaH2P02 H20 40 g、
SnCU 3H20 20 g、
CH3COONa 30 g、
复合羟基羧酸络合剂 20 g、
SiC或SbN4 (粒径0.2 7nm) 10 g、
Pb2+ 0.0015g ，
余量为水，调节溶液的pH值为4.8，所述复合羟基羧酸络合剂按重量百分比由下述 组分组成乳酸65%，柠檬酸35%;
制备工艺条件将SiC或Si3N4陶瓷微粒加入镀液中，先用超声波分散20min，然后 用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在600r/min，所述溶液的温度88'C， pH值控制在4.8， 镀时1. 5h。镀层硬度1400HV，镀层耐磨性测试为0.25mg/200次。 实施例3:
一种高耐蚀性镍一锡一磷合金镀液，每升溶液中含有:
NiS04 6H2025g、
NaH2P02 H2040 g、
SnCl4 3H2025 g、
CH3COONa30 g、
复合羟基羧酸络合剂25 g、
SiC或Si3N4 (粒径0.2 7(im) 8 g、
Pb2+0.003 g ,
余量为水，调节溶液的pH值为5.5，所述复合羟基羧酸络合剂按重量百分比由下述 组分组成乳酸60%，柠檬酸40%;
制备工艺条件将SiC或Si3N4陶瓷微粒加入镀液中，先用超声波分散40min，然后 用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在800r/min，所述溶液的温度88'C， pH值控制在4.8， 镀时1. 5h。镀层硬度1200HV，镀层耐磨性测试为0.4mg/200次。 实施例4:
一种高耐蚀性镍一锡一磷合金镀液，每升溶液中含有 NiS04 6H20 45g、 NaH2P02 H20 70 g、
SnCU 3H20 30 g、
CH3COONa 50 g、复合羟基羧酸络合剂 45 g、
SiC或Si3N4 (粒径0.2 7tim) 10 g、 Pb2+ O細g ，
余量为水，调节溶液的pH值为4.2，所述复合羟基羧酸络合剂按重量百分比由下述 组分组成乳酸55%，柠檬酸45%;
制备工艺条件将SiC或Si3N4陶瓷微粒加入镀液中，先用超声波分散10min，然后 用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在800r/min，所述溶液的温度90'C， pH值控制在5.0， 镀时1. 5h。镀层硬度IOOOHV，镀层耐磨性测试为0.45mg/200次。
上述各实施例表明镀层硬度达1400HV，耐磨性较镀硬Cr零件、高速钢零件提高l 一2倍，较4CrB、 2Crl3零件提高4_5倍(镀硬铬镀层为l.lmg/200次，高速钢零件为 1.2 mg/200次，4Crl3、 2Crl3零件为2.0 mg/200次)，能够很好的提高机械零件的耐磨性， 延长使用寿命，广泛应用于机械、石油化学工业、电器元件、航天航空的耐磨防腐等领域。 本发明得到的镍一锡一磷复合镀层同时具备镍一锡一磷镀层优异的耐腐蚀性能。
本发明提出的高耐磨镍一锡一磷复合镀层的制备方法及镀液，已通过实施例进行了描 述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的制作方法及镀 液进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替 换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精祌、范围和 内容中。
权利要求
1. 一种高耐磨性化学镀镍—锡—磷复合镀层的镀液，其特征是镀液配方是每升溶液中含有NiSO4·6H2O 10～45g、NaH2PO2·H2O 20～70g、SnCl4·3H2O 5～30g、CH3COONa 10～50g、复合羟基羧酸络合剂10～45g、SiC或Si3N44～10g、Pb2+ 0.001～0.008g，余量为水；所述复合羟基羧酸络合剂按重量百分比由下述组分组成乳酸50—65％，柠檬酸或柠檬酸钾或柠檬酸钠为50—35％；溶液的pH值为4.2～5.5，采用硫酸和无水碳酸钾调节pH值；SiC或Si3N4的粒径为0.2～7μm。
2. 如权利要求1所述的高耐磨性化学镀镍一锡一磷复合镀层的镀液，其特征是所述镀液 为NiS04 6H20为20g、 NaH2P02 H20为40 g、 SnCl4 3H20为20 g、 CH3COONa 为30 g、复合羟基羧酸络合剂为20 g、 SiC或Si3N4为10 g和Pb2+为0.0015g ， pH 值为4.8。
3. 权利要求1或2的高耐磨性化学镀镍一锡一磷复合镀层的制备方法，其特征在将镀液 按配方混合，用超声波分散10 40min，然后用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在400 一800r/min，溶液的温度85 90°C， pH值控制在4. 5~5. 0之间。NiS04 6H20 NaH2P02 H20 SnCl4 3H20 CH3COONa复合羟基羧酸络合剂 SiC或Si3N4 余量为水;
全文摘要
本发明涉及一种高耐磨镍-锡-磷复合镀层的制备方法及镀液。镀液中含有NiSO₄·6H₂O、NaH₂PO₂·H₂O、SnCl₄·3H₂O、CH₃COONa、复合羟基羧酸络合剂、SiC或Si₃N₄和Pb²⁺；将镀液按配方混合，用超声波分散10～40min，然后用电动搅拌器搅拌，搅拌速度控制在400-800r/min，溶液的温度85～90℃，pH值控制在4.2～5.5之间。镀液沉积速度快、稳定性好；镀层硬度达1400HV，耐磨性较镀硬Cr零件、高速钢零件提高1-2倍，较4Cr13、2Cr13零件提高4-5倍。镀层能够很好的提高机械零件的耐磨性，延长使用寿命，广泛应用于机械、石油化学工业、电器元件、航天航空的耐磨防腐等领域。
文档编号C23C18/31GK101545105SQ200910068729
公开日2009年9月30日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者姚素薇, 张卫国, 王宏智 申请人:天津大学