专利名称：脉冲—超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法
技术领域：
本发明所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法涉及复合材料 制备方法，具体地说是涉及铁磁性纳米复合材料的脉冲超声电沉积方法。
背景技术：
目前随着现代科学技术的飞速发展，工业领域对材料的表面性能提出了各种新的 要求，单一材料很难满足这种需求，因此具有新型结构和多种特殊功能的复合材料获得了 日益广泛的关注和应用。复合材料是由两种或两种以上的不同材料，通过适当的方法将它 们复合在一起而形成的一种新材料。其性能优于组成复合材料的任何一种材料。复合材料 由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体 育等领域，纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材 料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。纳米磁性材料是20世纪80年代出现的一种新型磁性材料。当颗粒尺寸为纳米级 时，因与磁有关的特征物理长度恰好处于纳米量级，使其多种电磁特性或物理特性发生变 化，进而使纳米磁性材料的特性不同于常规的材料。因此研究和开发新型纳米磁性材料已 引起了世界各国的广泛关注。材料科学在当今新技术开发中占据很重要的地位。用脉冲超 声电沉积方法生产的各种表层功能材料和金属基复合结构材料，不但能满足各种场合的特 殊需要，而且还能简化生产工艺、节约贵重原材料和降低成本。电沉积制备的非晶态合金、 铁磁性纳米级多层膜及梯度功能材料等也均有十分广阔的开发前景。针对上述现有技术中 所存在的问题，研究设计一种新型的脉冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法， 从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。
发明内容
鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的脉 冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，从而解决工业领域对材料的表面性能的 要求，单一材料很难满足需求，多种特殊功能的复合材料的研制和应用问题。本发明所述 的脉冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，是将基体经过预处理后置入常规电 镀槽中，通过超声发生器和脉冲电源为镀槽施加电场和超声场；脉冲超声电沉积的过程一 般有以下步骤组成第一步电镀前处理包括a)基体的前处理b)电镀液的配制；第二步电沉积过程将第一步经过前处理的基体放入所配置好的电镀液中进行 电沉积；第三步镀件的后处理主要包括将第二步沉积完成的镀件进行超声清洗，无水 乙醇清洗工序。本发明所述的基体前处理为对基体依次进行除油、除锈、电解抛光以及活化过禾呈。
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本发明所述的对基体进行除油的溶液各组分为
NaOH80 100g/l
Na3P0450 60g/l
洗衣粉3 --5g/l
温度60 80
时间5 -。lOmin
除锈溶液配方H2S04150 200g/l
HC150 60g/l
OP乳化剂3 ‘ 5g/l
硫脲4g/
十二烷基硫酸钠0. 02 0. 05g/l
温度(°C )常温
时间5 lOmin
电解抛光溶液配方及工艺参数 H3P0472%
铬酸23%
水5%
电流密度20 100A/dm2
温度(°C )65 75
时间3 5min
活化用10%的稀盐酸，常温下进行，时间为30 本发明所述的电镀液的组成为
60Sc硫酸镍(NiS04 6H20)200g/l 350g
氯化镍(NiCl2 6H20)40g/l -60g/l
硫酸亚铁(FeS04 7H20)10g/l -30g/l
硼酸(H3BO3)30g/l -50g/l
糖精3g/l 5g/l
纳米颗粒2g/l 8g/l
十二烷基硫酸钠0. lg/1 lg/1
本发明所述的纳米颗粒为氮化钛TiN、碳化硅SiC、碳化钛TiC等纳米颗粒，纳米微 粒的粒径为20nm lOOnm ；市场上出售的纳米颗粒应置入容器中进行清洗和分散处理，然 后按规定量加入所要配置的溶液中。
为
本发明所述的在电沉积时使用正负脉冲电源以及超声发生器，所采用的工艺参数 (1)超声波
波向X，Y，X+Y
功率0 360W
⑵脉冲电流 电流密度 4 8A/dm2
脉冲宽度 0 200ms脉冲间歇 0 1000ms脉冲占空比 0.20 1脉冲频率 5 5000Hz脉冲波形 矩形(3)辅助电极Ni板(4)极间距 20 40mm(5) PH2 4(6)温度 50°C 70°C(7)沉积时间30 90min。本发明所述的对沉积的镀件的后处理，主要包括超声清洗，无水乙醇清洗工序。本发明的目的是提出一种利用脉冲电流和超声波扰动的组合作用，在钢制金属零 件表面制备出铁磁性纳米复合材料的工艺方法。本发明提出的脉冲超声电沉积方法所用的 主要设备有正负脉冲电源、超声波发生器、适当的镀槽、电线等。本发明所采用的纳米级金 属化合物为氮化钛TiN、碳化硅SiC等纳米颗粒。根据复合材料的需要可选择其中的一种或 几种的组合物。在电镀液配制之前，市场上出售的纳米颗粒应置入容器中进行清洗和分散 处理，然后按规定量加入所要配置的溶液中。脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的具体步骤如下第一步基体的前处理除油、除锈、电解抛光和活化。第二步将经过第一步前处理的基体放入电镀液中进行电沉积。沉积过程中控制 PH 2 4、温度50°C 70°C、辅助电极Ni板、极间距20_ 40_、电流密度4 8A/dm2。首先电解液配置完成以后，通常要对溶液进行搅勻处理，把溶液放在超声发生器 中进行超声搅勻4小时，使溶液中的纳米颗粒充分均勻分散于溶液中。打开超声波发生器， 利用温控系统对电镀液进行加热，然后打开正负脉冲电源并把镀件放在镀槽中，接着连接 线路，开始脉冲超声电沉积。第三步镀件的后处理，主要包括超声清洗，无水乙醇清洗等工序。本发明所述的脉冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法简单易行，成本 低，复合材料的力学性能良好而且具有良好的磁特性，尤其适合于机械零件的表面强化和 高频交变磁场环境中工作的各种电子器件以等领域。
本发明共有两幅附图，其中图1是本发明实验装置示意图；图2是本发明输出的电流波形图。图中1、阴极(试样)2、阳极(镍板)3、电源4、镀液5、镀槽6、支撑网7、 水8、超声波发生器。
具体实施例方式本发明的具体实施例如附图所示，所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合
6材料的具体实施步骤为1、对样件进行机械预处理用砂纸粗磨，去除样件表面的毛刺、氧化物等异物，减 小表面粗糙度。2、对样件进行前处理除油、除锈、电解抛光和活化。对基体进行除油的溶液各组 分为氢氧化钠90g/l、磷酸钠60g/l、洗衣粉4g/l、温度60°C、时间8min。除锈溶液配方硫酸180g/l、盐酸55g/l、OP乳化剂4g/l、硫脲4g/l、十二烷基硫 酸钠0. 04g/l、温度为常温、时间8min。电解抛光溶液配方及工艺参数磷酸72%、铬酸23%、水5%、电流密度60A/dm2、 温度60°C、时间6min。活化用10%的稀盐酸，常温下进行，时间为45s。3、将经过上一步前处理的基体放入电镀液中进行电沉积。其中电镀液的成分为 硫酸镍(NiS04 6H20)250g/l、氯化镍(NiCl 6H20) 50g/l、氯化亚铁(FeCl2 4H20) 20g/l、硼 酸(H3B03)40g/l、糖精4g/l、纳米颗粒6g/l、十二烷基硫酸钠0.2g/l。沉积过程中控制PH 3. 2、温度60°C、辅助电极Ni板、极间距30mm、电流密度8A/dm2。在电沉积时采用的实验装置如图1所示，是由阴极(试样)1、阳极(镍板)2、电源 3、镀液4、镀槽5、支撑网6、水7、超声波发生器8所组成的实验装置。使用的正负脉冲电 源输出的电流波形如图2所示。将上述的电镀液经超声搅拌后放入镀槽中，然后基体经除 锈、除油和活化等一系列前处理过程后，放入镀槽进行电沉积，其极间距为30mm，并且启动 温控系统使镀液温度控制在60°C。采用的超声功率为300W，采用的电流参数有脉冲占空 比30%、脉冲频率1000Hz、电流密度8A/dm2和电镀时间为90min。所得到的铁磁性纳米复 合镀层的表面平整光亮，表面粗糙度很小，并且具有很高的显微硬度和磁性能等优良性能。
权利要求
1.一种脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征在于将基体经过预 处理后置入常规电镀槽中，通过超声发生器和脉冲电源为镀槽施加电场和超声场；脉冲超 声电沉积的过程一般有以下步骤组成第一步电镀前处理包括a)基体的前处理b)电镀液的配制；第二步电沉积过程将第一步经过前处理的基体放入所配置好的电镀液中进行电沉积；第三步镀件的后处理主要包括将第二步沉积完成的镀件进行超声清洗，无水乙醇 清洗工序。
2.根据权利要求1所述的脉冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的基体前处理为对基体依次进行除油、除锈、电解抛光以及活化过程。
3.根据权利要求1所述的脉冲_超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的对基体进行除油的溶液各组分为NaOH80 )100g/lNa3P0450 ^60g/l洗衣粉3 5g/l温度60 80时间5 lOmin除锈溶液配方H2S04150 -200g/lHC150 ^60g/lOP乳化剂3 5g/l硫脲4g/l十二烷基硫酸钠0. 02 0. 05g,温度(V ) 时间吊ilm5 lOmin电解抛光溶液配方及工艺参数 H3P0472%铬酸23%水5%电流密度20 100A/dm2温度(°C )65 75时间3 5min活化用10%的稀盐酸，常温下进行，时间为30 60S。
4.根据权利要求1所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的电镀液的组成为硫酸镍(NiS04 6H20) 氯化镍(NiCl2 6H20) 硫酸亚铁(FeS04 7H20) 硼酸(H3B03) 糖精200g/l 40g/l -10g/l -30g/l -3g/l 350g/ ^60g/l )30g/l ^50g/l 5g/l纳米颗粒2g/l 8g/l十二烷基硫酸钠0. lg/1 lg/1。
5.根据权利要求1所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的纳米颗粒为氮化钛TiN、碳化硅SiC、碳化钛TiC等纳米颗粒，纳米微粒的粒径为 20nm lOOnm ；市场上出售的纳米颗粒应置入容器中进行清洗和分散处理，然后按规定量 加入所要配置的溶液中。
6.根据权利要求1所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的在电沉积时使用正负脉冲电源以及超声发生器，所采用的工艺参数为(1)超声波波向 X，Y，X+Y功率 0 360W⑵脉冲电流电流密度 4 8A/dm2脉冲宽度 0 200ms脉冲间歇 0 1000ms脉冲占空比0. 20 1脉冲频率5 5000Hz脉冲波形矩形⑶辅助电极Ni板⑷极间距20 40mm(5)PH2 4(6)温度50°C 70(7)沉积时间30 90min。
7.根据权利要求1所述的脉冲-超声电沉积制备铁磁性纳米复合材料的方法，其特征 在于所述的对沉积的镀件的后处理，主要包括超声清洗，无水乙醇清洗工序。
全文摘要
本发明涉及复合材料制备方法，是将基体经过预处理后置入常规电镀槽中，通过超声发生器和脉冲电源为镀槽施加电场和超声场；脉冲超声电沉积的过程一般有以下步骤组成第一步电镀前处理包括a)基体的前处理b)电镀液的配制；第二步电沉积过程将第一步经过前处理的基体放入所配置好的电镀液中进行电沉积；第三步镀件的后处理主要包括将第二步沉积完成的镀件进行超声清洗，无水乙醇清洗工序。本发明在含有镍、铁离子和不溶性纳米颗粒的电镀液中，利用超声搅拌使纳米颗粒在溶液中均匀分布，施加正负脉冲电流或电压的状态下使纳米颗粒和基质金属离子共沉积而得到由基质金属镍铁与纳米颗粒共同构成的铁磁性纳米复合材料。
文档编号C25D15/00GK102002748SQ201010580000
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者刘新功, 吴蒙华, 杨帆, 王元刚, 贾卫平 申请人:大连大学