专利名称：高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层及其镀覆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及用金属材料对大块非晶合金或铝合金等材料的表面镀覆，尤其涉及一种高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层及其镀覆工艺。
背景技术：
航天器在太空高轨道上运行过程中所承受的空间气压为10-11Pa量级，而其在近地轨道上运行期间所承受的空间气压处于10-5～10-7Pa量级的范围，与此对应的舱内真空度为10-4Pa量级。有研究表明在上述高真空环境中，两个相互接触的洁净机械零部件金属表面之间非常容易发生胶粘，而且由于摩擦热难以散失，致使接触界面的温升很高，高温(包括环境温升)和高真空(以及高接触负荷)环境，都是导致接触界面发生胶粘和摩擦磨损加剧的重要原因。由此可见，对空间机械摩擦副的润滑要求非常严格。在这种特殊的环境条件下使用的润滑剂，不仅应当具有适应性很强的良好摩擦学性能，而且它还必须具有超低蒸气压的特性(防冷焊性)，以防止缩短使用寿命和污染探测器的空间环境。
在高真空环境中，两个相互接触的机械零部件表面之间很容易发生材料的相互扩散转移与键合，从而导致冷焊或咬死。随着预载荷的增大和摩擦副在间歇操作过程中静止时间的延长，这些现象都越发明显。在静、动摩擦转换过程中，接触界面容易产生粘-滑、摩擦噪声和粘着磨损。为了防止和解决真空冷焊行为的发生，目前，通常采用物理气相沉积(PVD)、磁控溅射、离子束溅射或表面阳离子注入等表面处理方法，在上述方法中，最常用的是磁控溅射法。
通过溅射方法获得MoS2薄膜润滑的空间机械摩擦副，在真空度为10-5Pa量级和静止时间不到10min的条件下，重新启动时的摩擦系数没有发生变化。但是，当静止时间处在10～1000min范围内的情况下，重新启动时的摩擦系数就由0.01增大到0.04，在经过约1min运行后又恢复到0.01。经过上述方法进行表面处理后的运动构件，尽管能够有效防止真空冷焊行为的发生或减少运动构件的摩擦磨损。但是，上述方法存在着一个共同的缺点，就是需要的设备复杂、工艺条件苛刻及薄膜的制备成本高。以磁控溅射为例，在制备MoS2薄膜时使用的钼靶，需要极高的纯度(＞99.99％以上)并且价格十分昂贵。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层及其镀覆工艺，镍基复合镀层中的二硫化钼具有良好的固体润滑和减磨性能，Ni-P非晶镀层具有很高的硬度和提高运动构件的耐磨性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是用化学复合镀或复合电沉积制备含有纳米二硫化钼的镍基复合镀层，在化学复合镀液和复合电镀液中含有2～30g/L的纳米二硫化钼。
采用化学复合镀的方法制备含有纳米二硫化钼的镍基复合镀层，其工艺过程如下(1)配制化学镀液其组成为硫酸镍20～40g/L，次亚磷酸钠18～36g/L，乙酸钠2～60g/L，柠檬酸钠5～70g/L，乳酸4～30ml/L，纳米二硫化钼2～30g/L；用醋酸(硫酸铵)和醋酸钠(氨水)调整镀液的pH值在pH3～14范围；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到70～95℃，镀覆时间0.5～3小时。
采用复合电沉积的方法制备含有纳米二硫化钼的镍基复合镀层，其工艺过程如下(1)配制电镀液其组成为硫酸镍120～300g/L，氯化镍15～80g/L，硼酸5～30g/L，亚磷酸或次亚磷酸钠2～50g/L，硫酸钠10～100g/L，纳米二硫化钼2～30g/L；用硫酸和氨水调整镀液的pH值在pH1～4范围；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到20～70℃，于阴极电流密度1～3A/dm2下，镀覆时间0.5～3小时。
本发明的有益效果是这种高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层，在高真空(＞10-7Pa)环境下具有很高的防真空冷焊性和极低的摩擦系数，可延长金属零部件的使用寿命，降低能耗，节约能源，不污染环境。经过地面模拟空间环境测试证明，这种镀层可防止航天飞行器中运动构件或接触对偶摩擦副的真空冷焊行为，因此在航空航天、机械、化工等工业领域具有广泛的应用前景。该发明不需要复杂的设备，而且工艺简单、材料来源广阔、价格低廉、制备成本低、生产过程无污染，适合于工业化生产。
具体实施例方式
实施例1铝合金经除油、碱性浸蚀和酸性浸蚀后，通过二次浸锌和预镀无电沉镍，然后用化学镀方法在铝基体上镀覆含有纳米二硫化钼的Ni-P复合镀层。其镀覆方法如下(1)配制化学镀液其组成为硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠20g/L，乙酸钠20g/L，柠檬酸钠30g/L，乳酸5ml/L，纳米二硫化钼5g/L，用醋酸调整镀液的pH值，pH＝4.5；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到90℃，镀覆时间0.2～1小时。
镀层的摩擦系数为0.018～0.028，而用溅射方法获得MoS2薄膜的摩擦系数在0.01到0.04。
实施例2非晶合金经除油和酸性浸蚀后用化学镀方法在Zr基大块非晶合金基体上镀覆含有纳米二硫化钼的Ni-P复合镀层。其镀覆方法如下(1)配制化学镀液其组成为硫酸镍22g/L，次亚磷酸钠25g/L，乙酸钠20g/L，柠檬酸钠35g/L，乳酸6ml/L，纳米二硫化钼5g/L；用醋酸(硫酸铵)和醋酸钠(氨水)调整镀液的pH值，pH＝8；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到90℃，镀覆时间0.2～1小时。
镀层的摩擦系数为0.02～0.04，而用溅射方法获得MoS2薄膜的摩擦系数在0.01到0.04。
实施例3铝合金经除油、碱性浸蚀和酸性浸蚀后，通过二次浸锌和预镀无电沉镍，然后用复合电沉积方法在铝基体上镀覆含有纳米二硫化钼的Ni-P复合镀层。其电镀方法如下(1)配制电镀液其组成为硫酸镍210g/L，氯化镍20g/L，次亚磷酸钠15g/L，硫酸钠50g/L，纳米二硫化钼10g/L；用硫酸和氨水调整镀液的pH值，pH＝2～4；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到55～60℃，阴极电流密度1A/dm2下，镀覆时间0.2～1小时。
镀层的摩擦系数为0.028～0.035，而用溅射方法获得MoS2薄膜的摩擦系数在0.01到0.04。
实施例4非晶合金经除油和酸性浸蚀后用复合电沉积方法在Zr基大块非晶合金基体上镀覆含有纳米二硫化钼的Ni-P复合镀层。电镀液组成和工艺条件如下(1)配制电镀液其组成为硫酸镍250g/L，氯化镍35g/L，亚磷酸15g/L，硼酸30g/L，纳米二硫化钼20g/L；用硫酸和氨水调整镀液的pH值，pH＝1～3；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到48～50℃，阴极电流密度1.5A/dm2下，镀覆时间0.2～1小时。
镀层的摩擦系数为0.03～0.041，而用溅射方法获得MoS2薄膜的摩擦系数在0.01到0.04。
权利要求
1.一种高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层，其特征在于镍基复合镀层中含有纳米二硫化钼。
2.一种制备高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层的方法，其特征在于采用化学复合镀或复合电沉积，在化学复合镀液和电镀液中，含有2～30g/L的纳米二硫化钼。
3.根据权利要求2所述的制备高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层的方法，其特征在于采用化学复合镀的方法制备高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层，工艺过程如下(1)配制化学镀液其组成为硫酸镍20～40g/L，次亚磷酸钠18～36g/L，乙酸钠2～60g/L，柠檬酸钠5～70g/L，乳酸4～30ml/L，纳米二硫化钼2～30g/L；用醋酸或氨水调整镀液的pH值，pH＝3～14；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到70～95℃，镀覆时间0.5～3小时。
4.根据权利要求2所述的制备高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层的方法，其特征在于采用复合电沉积的方法制备高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层，工艺过程如下(1)配制电镀液其组成为硫酸镍120～300g/L，氯化镍15～80g/L，硼酸5～30g/L，亚磷酸或次亚磷酸钠2～50g/L，硫酸钠10～100g/L，纳米二硫化钼2～30g/L；用硫酸或氢氧化钠调整镀液的pH值，pH＝1～4；(2)镀件除油、活化、预镀；(3)镀液加热到20～70℃，于阴极电流密度1～3A/dm2下，镀覆时间0.5～3小时。
全文摘要
本发明公开了一种高真空环境下防止冷焊效应镍基复合镀层及其镀覆工艺。该发明采用化学复合镀或复合电沉积制备在镀层中含有纳米二硫化钼的镍基复合镀层，在化学镀液和电镀液中，含有2～30g/L的纳米二硫化钼。本发明可防止航天飞行器中运动构件或接触对偶摩擦副的真空冷焊行为，因此在航空航天、机械、化工等工业领域具有广泛的应用前景。该发明不需要复杂的设备，而且工艺简单、材料来源广阔、价格低廉、制备成本低、生产过程无污染，适合于工业化生产。
文档编号C25D15/00GK1936076SQ200610048288
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月14日 优先权日2006年9月14日
发明者于金库, 马明臻, 刘日平 申请人:燕山大学