专利名称:含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液及其制备方法
技术领域：
本发明涉及用金属材料对材料的镀覆，尤其是含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液及其制备方法。
背景技术：
现有的各种化学复合镀层，其中所含有的固体颗粒主要有碳化硅、金刚石、氧化铝、二氧化钛、石墨及金属硫化物，但是目前含有这些固体颗粒的复合镀层在其耐磨性、耐蚀性方面并不是十分理想。
硼酸铝晶须是一种新型的高性能超细复合材料增强体，其性能价格比很高。硼酸铝晶须除具有优异的力学性能、耐热性、电绝缘性和中子吸收性能外，它还具有优良的耐腐蚀性和耐磨性，在改性金属、陶瓷和聚合物方面显示出非常好的应用前景。但是迄今为止有关将硼酸铝晶须应用于镍基化学复合镀层的研究尚未见报道。
发明内容本发明的目的是提供一种含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液及其制备方法，利用该镀液制备的镀层(简写为Ni-P-AlBw)具有高的耐磨性能和高的耐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是；含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液，其特征是在含有NiSO4·6H2O 20～40g/L、CH3COONa·3H2O 10～40g/L、乳酸5～40mmol/L、NaH2PO2·2H2O 10～40g/L、硝酸铅0.1～30mg/L和十二烷基苯磺酸钠1～3mL/L的基础镀液中加入经过预处理的硼酸铝晶须，使经过预处理的硼酸铝晶须的浓度达1.0～20g/L。
所述的硼酸铝晶须的预处理是(1)用0.10～2.00mol/L的K2Cr2O7和1.0～10.0mol/L的H2SO4混合溶液于20～100℃下将硼酸铝晶须化学粗化处理10～60min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10～30g/LSnCl2·2H2O+10～50g/LHCl溶液中进行敏化处理10～60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.1～2.0g/LPdCl2+0.1～5.0g/LHCl+10～50g/LH3BO3中进行活化处理10～60min；每一过程均是由超声振荡器充分分散。
上述含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液的制备方法，其特征是它包括如下步骤1)、硼酸铝晶须的预处理(1)用0.10～2.00mol/L的K2Cr2O7和1.0～10.0mol/L的H2SO4混合溶液于20～100℃下将硼酸铝晶须化学粗化处理10～60min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10～30g/LSnCl2·2H2O+10～50g/LHCl溶液中进行敏化处理10～60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.1～2.0g/LPdCl2+0.1～5.0g/LHCl+10～50g/LH3BO3中进行活化处理10～60min；每一过程均是由超声振荡器充分分散，得预处理后的硼酸铝晶须；2)、基础镀液配制将NiSO4·6H2O 20～40g/L、CH3COONa·3H2O 10～40g/L、乳酸5～40mmol/L、NaH2PO2·2H2O 10～40g/L、硝酸铅0.1～30mg/L和十二烷基苯磺酸钠1～3mL/L进行混合，得基础镀液；
3)、将经过预处理后的硼酸铝晶须加入基础镀液中，使基础镀液中硼酸铝晶须的浓度达到1.0～20g/L，得产品。
按照一般化学镀的操作方法，通过自催化反应使镍合金沉积在一定的基体上。通过硼酸铝晶须与金属的共沉积作用，使得硼酸铝晶须分散在金属基复合镀层中。
将上述所得的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氨水调节溶液的pH值＝3～6，在机械搅拌条件下于70℃～90℃恒温水浴中施镀1.0～3.0小时，可获得均匀、耐磨耐蚀性良好的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层。
本发明与其他相关技术相比，具有以下突出的优点1)本发明将常用的化学镀镍液作为基础镀液，将经过预处理的硼酸铝晶须加入到其中作为化学复合镀的镀液，由于本发明镀液中含有力学性能优异、化学稳定性高的硼酸铝晶须，因此利用本发明所制备的镀层(简写为Ni-P-AlBw)具有高的耐磨性能和高的耐蚀性能。在同等测试条件下，Ni-P-AlBw复合镀层的磨损量为Ni-P镀层的1/3～1/5。Ni-P-AlBw复合镀层的NaCl静态腐蚀速率为Ni-P镀层的1/3～1/5。
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)利用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，在汽车、机械、化工、航空航天等工业部门具有广泛的应用。
硼酸铝晶须化学性质稳定，表面光滑，且易团聚，很难被镍、铁、铜等金属或化合物所浸润，属于一类难以进行化学复合镀的增强相。硼酸铝晶须表面改性的困难是制约其大规模使用的主要原因之一。利用物理、化学方法对硼酸铝晶须进行预处理，改变硼酸铝晶须表面的状态和结构，将实现对其表面的控制，达到改变或改善硼酸铝晶须的分散性，提高它的表面活性，使表面产生新的功能的目的，同时也会改善硼酸铝晶须与镍基合金的相容性，有利于形成致密完整的复合镀层。
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用化学复合镀方法在45#钢基体(规格为Φ＝34mm，h＝10mm)上镀覆含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层。
对硼酸铝晶须的预处理工艺为(1)用0.38mol/L的K2Cr2O7和4.5mol/L的H2SO4混合溶液300mL于50℃恒温下(HH-S1s型电热恒温水浴锅)化学粗化处理20min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10g/LSnCl2·2H2O+40g/LHCl混合溶液300mL中室温下进行敏化处理30min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.5g/LPdCl2+0.25g/LHCl+20g/LH3BO3混合溶液300mL中室温下进行活化处理30min。预处理的混合溶液在玻璃烧杯中配制，每一过程均是由超声振荡器充分分散。每一过程结束后均用去离子水彻底冲洗过滤。经过预处理后的硼酸铝晶须经DZF-6021型真空干燥箱150℃下干燥2小时后置于干燥器中备用。
基础镀液配方NiSO4·6H2O 25g/L、CH3COONa·3H2O 20g/L、乳酸20mmol/L、NaH2PO2·2H2O 21g/L、硝酸铅10mg/L、十二烷基苯磺酸钠1mL/L，溶液总体积为300mL。
向基础镀液中加入1.8g经预处理的硼酸铝晶须，用稀硫酸或氨水调节镀液pH＝5.2，将其置于88℃恒温水浴中，在JJ-1型精密增力电动搅拌器匀速搅拌下施镀1.0小时，即在镀件上得到均匀的、耐磨耐蚀性能良好的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层(简写为Ni-P-AlBw)。能谱测定表明镀层中AlBw的质量百分比为21.3％。磨损实验结果表明Ni-P-AlBw复合镀层的磨损量为Ni-P镀层的1/4。静态腐蚀试验测得的腐蚀速率表明Ni-P-AlBw复合镀层的腐蚀速率为Ni-P镀层的1/5。因此本发明的含有硼酸铝晶须的化学复合镀层具有高的耐磨性能和高的耐蚀性能。
实施例2用化学复合镀方法在45#钢基体(规格为Φ＝34mm，h＝10mm)上镀覆含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层。
对硼酸铝晶须的预处理工艺为(1)用0.38mol/L的K2Cr2O7和4.5mol/L的H2SO4混合溶液300mL于50℃恒温下(HH-S1s型电热恒温水浴锅)化学粗化处理20min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10g/LSnCl2·2H2O+40g/LHCl混合溶液300mL中室温下进行敏化处理30min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.5g/LPdCl2+0.25g/LHCl+20g/LH3BO3混合溶液300mL中室温下进行活化处理30min。预处理的混合溶液在玻璃烧杯中配制，每一过程均是由超声振荡器充分分散。每一过程结束后均用去离子水彻底冲洗过滤。经过预处理后的硼酸铝晶须经DZF-6021型真空干燥箱150℃下干燥2小时后置于干燥器中备用。
基础镀液配方NiSO4·6H2O 25g/L、CH3COONa·3H2O 20g/L、乳酸20mmol/L、NaH2PO2·2H2O 21g/L、硝酸铅10mg/L、十二烷基苯磺酸钠1mL/L，溶液总体积为300mL。
向基础镀液中加入1.2g经预处理的硼酸铝晶须，用稀硫酸或氨水调节镀液pH＝4.8，将其置于85℃恒温水浴中，在JJ-1型精密增力电动搅拌器匀速搅拌下施镀1.0小时，即在镀件上得到均匀的、耐磨耐蚀性能良好的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层(简写为Ni-P-AlBw)。能谱测定表明镀层中PTW的质量百分比为19.1％。磨损实验结果表明Ni-P-AlBw复合镀层的磨损量为Ni-P镀层的1/3。静态腐蚀试验测得的腐蚀速率表明Ni-P-AlBw复合镀层的腐蚀速率为Ni-P镀层的1/4。因此本发明的含有硼酸铝晶须的化学复合镀层具有高的耐磨性能和高的耐蚀性能。
实施例3含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液的制备方法，它包括如下步骤1、硼酸铝晶须的预处理(1)用0.10mol/L的K2Cr2O7和1.0mol/L的H2SO4混合溶液于20℃下化学粗化处理10min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10g/LSnCl2·2H2O+10g/LHCl溶液中进行敏化处理10～60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.1g/LPdCl2+0.1g/LHCl+10g/LH3BO3中进行活化处理10min；每一过程均是由超声振荡器充分分散；2、基础镀液配制将NiSO4·6H2O 20g/L、CH3COONa·3H2O 10g/L、乳酸5mmol/L、NaH2PO2·2H2O 10g/L、硝酸铅0.1mg/L和十二烷基苯磺酸钠1mL/L进行混合；3、将预处理后的硼酸铝晶须加入基础镀液中，使基础镀液中硼酸铝晶须的浓度达到1.0g/L，得含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液。
将上述所得的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氨水调节溶液的pH值＝3，在机械搅拌条件下于70℃℃恒温水浴中施镀1.0小时，可获得均匀、耐磨耐蚀性良好的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层。
实施例4含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液的制备方法，它包括如下步骤1、硼酸铝晶须的预处理(1)用2.00mol/L的K2Cr2O7和10.0mol/L的H2SO4混合溶液于100℃下化学粗化处理60min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在30g/LSnCl2·2H2O+50g/LHCl溶液中进行敏化处理60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在2.0g/LPdCl2+5.0g/LHCl+150g/LH3BO3中进行活化处理60min；每一过程均是由超声振荡器充分分散；2、基础镀液配制将NiSO4·6H2O 40g/L、CH3COONa·3H2O 40g/L、乳酸40mmol/L、NaH2PO2·2H2O 40g/L、硝酸铅30mg/L和十二烷基苯磺酸钠3mL/L进行混合；3、将预处理后的硼酸铝晶须加入基础镀液中，使基础镀液中硼酸铝晶须的浓度达到20g/L，得含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液。
将上述所得的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液用稀硫酸或氨水调节溶液的pH值＝6，在机械搅拌条件下于90℃恒温水浴中施镀3.0小时，可获得均匀、耐磨耐蚀性良好的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀层。
本发明经预处理的硼酸铝晶须原料的上下限取值以及区间值都能实现本发明，以及硼酸铝晶须预处理的原料、工艺参数的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此就不一一列举实施例。
权利要求
1.含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液，其特征是在含有NiSO4·6H2O 20～40gL、CH3COONa·3H2O 10～40g/L、乳酸5～40mmol/L、NaH2PO2·2H2O 10～40g/L、硝酸铅0.1～30mg/L和十二烷基苯磺酸钠1～3mL/L的基础镀液中加入经过预处理的硼酸铝晶须，使经过预处理的硼酸铝晶须的浓度达1.0～20g/L。
2.根据权利要求
1所述的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液，其特征是所述的硼酸铝晶须的预处理是(1)用0.10～2.00mol/L的K2Cr2O7和1.0～10.0mol/L的H2SO4混合溶液于20～100℃下将硼酸铝晶须化学粗化处理10～60min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10～30g/LSnCl2·2H2O+10～50g/LHCl溶液中进行敏化处理10～60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.1～2.0g/LPdCl2+0.1～5.0g/LHCl+10～50g/LH3BO3中进行活化处理10～60min；每一过程均是由超声振荡器充分分散。
3.根据权利要求
1所述的含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液的制备方法，其特征是它包括如下步骤1)、硼酸铝晶须的预处理(1)用0.10～2.00mol/L的K2Cr2O7和1.0～10.0mol/L的H2SO4混合溶液于20～100℃下将硼酸铝晶须化学粗化处理10～60min；(2)将粗化处理过的硼酸铝晶须在10～30g/LSnCl2·2H2O+10～50g/LHCl溶液中进行敏化处理10～60min；(3)敏化后的硼酸铝晶须在0.1～2.0g/LPdCl2+0.1～5.0g/LHCl+10～50g/LH3BO3中进行活化处理10～60min；每一过程均是由超声振荡器充分分散，得预处理后的硼酸铝晶须；2)、基础镀液配制将NiSO4·6H2O 20～40g/L、CH3COONa·3H2O 10～40g/L、乳酸5～40mmol/L、NaH2PO2·2H2O 10～40g/L、硝酸铅0.1～30mg/L和十二烷基苯磺酸钠1～3mL/L进行混合，得基础镀液；3)、将经过预处理后的硼酸铝晶须加入基础镀液中，使基础镀液中硼酸铝晶须的浓度达到1.0～20g/L，得产品。
专利摘要
本发明涉及一种含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液及其制备方法。含有硼酸铝晶须的镍基化学复合镀液，其特征是在含有NiSO
文档编号C23C18/31GK1995455SQ200610125447
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月12日
发明者华林, 金亚旭, 李继高 申请人:武汉理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan