专利名称：含纳米金刚石的镍基复合镀层及其超声波辅助制备方法
技术领域：
本发明涉及镍基复合镀层及其制备方法。
技术背景随着现代工业的发展，机械零件更多地在复杂、苛刻的条件下工作，因 此对材料表面性能也提出了越来越高的要求。作为一种行之有效的表面改性 措施，表面涂覆技术应运而生并获得了广泛应用。为了提高单一镀层的综合 性能常利用各种超硬、减摩材料来制备复合镀层。复合镀就是将某些特殊的 惰性粒子加入到镀液中，通过电化学或化学沉积的方法使这些微粒与金属或 合金共沉积，从而形成具有特殊性能的复合镀层。目前，加入到镀液中的第二相粒子主要有两类， 一类是提高镀层耐磨性的超硬粒子，如A1203、 SiC、 S^N4等；另一类是改善镀层减摩性能的减摩粒子，如MoS2、 PTFE等。常规 的复合镀技术多是选用微米级、亚毫米级甚至是毫米级的固体颗粒，粒子尺 寸较大，在镀液中的悬浮能力差，进入镀层中的粒子含量低、分布不均匀， 表面极易产生缺陷，对金属镀层性能的改善效果并不十分理想。发明内容本发明的目的之一在于提供一种耐磨性能好的含纳米金刚石的镍基复合 镀层。本发明的目的之二在于提供一种含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波 辅助制备方法。本发明的目的之一可以这样实现，设计一种含纳米金刚石的镍基复合镀 层，以金属镍或镍合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。本发明的目的之二可以这样实现，设计一种含纳米金刚石的镍基复合镀 层的超声波辅助制备方法，包括以下步骤配制纳米复合镀液，在超声波作 用下制备纳米复合镀层。本发明的镀层中纳米金刚石粒子以纳米尺度均匀弥散地分布于镍基质中，细化了金属晶粒，显著提高了原有镍镀层的硬度和摩擦学性能。本发明 利用超声空化作用保证纳米金刚石在镀液和镀层中的均匀分散并促进纳米粒 子与金属的共沉积。该类纳米复合镀层可有效增强工件表面的抗磨、减磨性 能，延长工件的使用寿命，可广泛用于模具、各类轴承、齿轮、发动机及传 动部件等易于磨损的工件上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。复合镀层中纳米金刚石粒子的尺寸为1 100nm，质量含量为0.1~2%， 复合镀层的厚度为2 30[im。纳米复合镀液的配制过程包括以下步骤，首先将改性处理后的纳米金刚 石粉体与水按1:100 1:10的质量比配成混合液，超声分散后得到用于镀液的 纳米金刚石分散液；然后配制基础镍镀液；最后在机械搅拌的作用下将纳米 金刚石分散液加入基础镍镀液中得到纳米复合镀液。纳米复合镀液的组成为主盐 150 300g/L
阳极活化剂10 75g/L缓冲剂30 50g/L光亮剂0 2g/L润湿剂0 0.1 g/L纳米金刚石微粒0.1 5g/L 其中，主盐为NiS04 7H20或NiS04 7H20和MgS04 7H20的混合物； 阳极活化剂为NiCl2，6H20或NaCl;缓冲剂为H3B04;光亮剂为糖精、萘磺 酸、对甲苯磺酰胺、三氯乙醛、香豆素、丁炔二醇、吡啶或喹啉的季胺盐中 的一种或一种以上；润湿剂为十二烷基硫酸钠。纳米金刚石微粒为爆轰法生产的纳米金刚石经机械、化学改性后得到的灰粉，灰粉中纳米金刚石的含量 >95 % ，纳米金刚石的一次粒径为3~5nm。含纳米金刚石的镍基复合镀层的制备采用超声波辅助的电镀方法。阳极 采用电解镍板或镍块；基底材料选用碳钢或合金钢；复合镀液温度为室温至 60°C;采用直流电源、恒流条件下进行电镀，电流密度为0.5 5A7dni、镀覆时 间为20 90分钟。复合镀层的电镀过程中利用超声波进行辅助，超声波发生器置于镀槽底 部，超声功率为100 500W，频率28KHZ 40KHZ。电镀前需预先将纳米复 合镀液超声处理30分钟，电镀开始直到结束整个过程始终加以超声波辅助。 在纳米复合镀镍过程中施加辅助的超声波，利用超声空化原理，将镀液中的 纳米金刚石二次团聚体打开并维持其均匀稳定地分散，从而保证进入镀层中 的金刚石微粒以纳米尺度均匀弥散状态存在。取改性处理后的纳米金刚石灰粉2g加入100ml水中，超声分散30min后实施例l
得到纳米金刚石的水分散液，然后按以下配方配制2L含镍的基础镀液NiS04 7H20 250 g/L、 NiCl2 6H20 45 g/L、 H3B04 35g/L。在400r/min的中速搅拌下将纳米金刚石分散液加入镍的基础镀液中得到纳米复合镀液。将纳 米复合镀液加热至5(TC并超声分散30分钟后开始电镀，镀件为20号碳钢片， 阳极采用电解镍板，电流密度2A/dm2，电镀时间为30分钟。电镀过程中镀液 始终加以超声处理，超声波的功率为300W，超声频率为28KHZ。通过上述 方法得到了含纳米金刚石的镍基复合镀层，镀层厚度llpm， SEM下观察纳米 金刚石颗粒的粒径均〈100nm，复合镀层的硬度为745kg/mm2，耐磨性能较纯 镍镀层提高了3.5倍。 实施例2取改性处理后的纳米金刚石灰粉2g加入100ml水中，采用超声分散30 分钟后得到纳米金刚石的水分散液，然后按以下配方配制2L含镍的基础镀液 NiS04 7H20 150 g/L、 MgS04 7H20 30 g/L、 NaCl 10 g/L、 H3B04 20g/L、糖 精lg/L、香豆素0.5g/L、十二垸基硫酸钠0.1g/L。在400r/min的中速搅拌下 将纳米金刚石分散液加入镍的基础镀液中得到纳米复合镀液。将纳米复合镀 液加热至40"C并超声分散30分钟后开始电镀，镀件为不锈钢片，阳极采用电 解镍板，电流密度0.5A/dm2，电镀时间为60分钟。电镀过程中镀液始终加以 超声处理，超声波的功率为300W，超声频率为28KHZ。通过上述方法得到 了含纳米金刚石的镍基复合镀层，镀层光亮，厚度为8pm, SEM下观察纳米 金刚石颗粒的粒径均〈100nm，复合镀层的硬度为652kg/mm2，耐磨性能较纯 镍镀层提高了2倍。以上实施例只是对发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的 限制。
权利要求
1、 一种含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于镀层以金属镍或镍 合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。
2、 根据权利要求1所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于-复合镀层中纳米金刚石粒子的尺寸为1 100nm，质量含量为0.1% 2%。
3、 根据权利要求1所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层，其特征在于-复合镀层的厚度为2 30nm。
4、 一种含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制备方法，其特征在 于包括以下步骤配制纳米复合镀液，在超声波作用下制备纳米复合镀层。
5、 根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制 备方法，其特征在于所述配制纳米复合镀液包括以下步骤，首先将改性后 的纳米金刚石粉体与水按1:100 L10的质量比配成混合液，超声分散后得到 用于镀液的纳米金刚石分散液；然后配制基础镍镀液；最后在机械搅拌的作 用下将纳米金刚石分散液加入基础镍镀液中得到纳米复合镀液。
6、 根据权利要求5所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制 备方法，其特征在于所述改性后的纳米金刚石粉体为爆轰法生产的纳米金 刚石经机械化学改性后得到的灰粉，灰粉中纳米金刚石的含量>95%，纳米金 刚石的一次粒径为3 5nm;所述纳米复合镀液的组成为主盐 150 300g/L 阳极活化剂 10 75g/L 缓冲剂 30 50 g/L光亮剂 0 2 g/L润湿剂 0 0.1 g/L纳米金刚石微粒0.1 5g/L 其中，主盐为NiS04 7H20或NiS04 7H20和MgS04 7H20的混合物； 阳极活化剂为NiCl2'6H20或NaCl;缓冲剂为H3B04;光亮剂为糖精、萘磺 酸、对甲苯磺酰胺、三氯乙醛、香豆素、丁炔二醇、吡啶或喹啉的季胺盐中 的一种或一种以上；润湿剂为十二烷基硫酸钠。
7、 根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制 备方法，其特征在于所述复合镀层的制备采用电镀方法，阳极使用电解镍 板或镍块；基底材料选用碳钢或合金钢；复合镀液温度为室温至60°C;采用 直流电源、恒流条件下进行电镀，电流密度为0.5~5A/dm2;镀覆时间为20 90分钟。
8、 根据权利要求4所述的含纳米金刚石的镍基复合镀层的超声波辅助制 备方法，其特征在于复合镀层的电镀过程中利用超声波进行辅助，超声波 发生器置于镀槽底部，超声功率为100 500W，频率28kHz 40kHz;电镀前 需预先将纳米复合镀液超声处理30分钟，并在电镀开始直到结束整个过程始 终加以超声波辅助。
全文摘要
一种含纳米金刚石的镍基复合镀层及其超声波辅助制备方法。本发明涉及镍基复合镀层及其制备方法。含纳米金刚石的镍基复合镀层，以金属镍或镍合金为基质，纳米金刚石粒子均匀弥散地分布在其内部。制备方法，包括以下步骤配制纳米复合镀液，在超声波作用下制备纳米复合镀层。镀层中纳米金刚石粒子以纳米尺度均匀弥散地分布于镍基质中，细化了金属晶粒，显著提高了原有镍镀层的硬度和摩擦学性能。本发明利用超声空化作用保证纳米金刚石在镀液和镀层中的均匀分散并促进纳米粒子与金属的共沉积。该类纳米复合镀层可有效增强工件表面的抗磨、减磨性能，延长工件的使用寿命，可广泛用于模具、各类轴承、齿轮、发动机及传动部件等易于磨损的工件上。
文档编号C25D15/00GK101122044SQ20071007453
公开日2008年2月13日 申请日期2007年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者张欣宇, 李荣先, 建 杨, 杨发达, 陈丽琼 申请人:深圳清华大学研究院