專利名稱：一種納米化學(xué)復(fù)合鍍方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料應(yīng)用領(lǐng)域，涉及一種納米復(fù)合鍍的方法，尤其涉及一 種金屬或合金基表面納米化學(xué)復(fù)合鍍的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)復(fù)合鍍是在化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤胗擦Ｗ?即不溶性微粒)，使之與化學(xué) 鍍合金共沉積，獲得各種具有不同物理化學(xué)性質(zhì)鍍層的一種工藝?；瘜W(xué)復(fù)合鍍
起步較晚，直到1966年才在實(shí)驗(yàn)室制得Ni-P-Al203化學(xué)復(fù)合鍍層。最先獲得實(shí) 際應(yīng)用的化學(xué)復(fù)合鍍層是Ni-P-SiC復(fù)合鍍層。二十世紀(jì)七十年代初，化學(xué)復(fù)合 鍍技術(shù)在歐美開始發(fā)展并逐步得到推廣和應(yīng)用。
與化學(xué)鍍相比較，化學(xué)復(fù)合鍍可以在復(fù)雜形狀的工件上得到厚度均勻的復(fù) 合鍍層。鍍槽中工件放置及轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì)得當(dāng)，充分保證鍍層在鍍件表面的均勻分 布?；瘜W(xué)復(fù)合鍍層與金屬鍍層相比具有許多優(yōu)良的性能，因此在航空、航天、 汽車等工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。
納米材料科學(xué)的發(fā)展給表面復(fù)合鍍層技術(shù)帶來了新的契機(jī)。把納米級(jí)的不 溶微粒引入復(fù)合鍍層已成為化學(xué)復(fù)合鍍發(fā)展的趨勢(shì)，也將大大促進(jìn)對(duì)納米材料 的迸一步研究。研究表明納米復(fù)合鍍層能夠顯著改善材料的組織結(jié)構(gòu)，賦予 材料新的性能。例如納米SiC、 Si3N4、 AL203、金剛石復(fù)合的高硬度和耐磨鍍 層；納米石墨、聚四氟乙烯(PTFE) 、 MoS2、 (CF) n復(fù)合的自潤(rùn)滑鍍層； 納米Zr02復(fù)合的高溫抗氧化、耐磨鍍層；納米Ti02復(fù)合的催化功能鍍層以及抗 菌鍍層等。在納米粒子復(fù)合鍍層的研究中，由于納米粒子具有很高的表面活性， 極易團(tuán)聚，因此如何獲得納米粒子分散均勻的鍍層是研究中必須關(guān)注的問題， 而這與納米粒子在鍍液中分散的均勻性密切相關(guān)。
納米粒子復(fù)合鍍層的研究中，由于復(fù)合鍍層包括固體微粒與被還原金屬 的共同沉積，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，因此復(fù)合鍍層具有比單一材料更好的耐磨、耐 腐蝕及耐高溫性能而越來越受到人們的重視。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種金屬或合金基表面納米化學(xué)復(fù)合鍍的方法。 本發(fā)明納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，是在金屬或合金基體表面實(shí)施常規(guī)化學(xué)鍍的 同時(shí)，在基礎(chǔ)鍍液中加入在施鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)，調(diào)節(jié)基礎(chǔ)鍍液
的pH值在4.5-7.5，并升溫至70-90 °C，在攪拌下施鍍60-180 min，使產(chǎn)生的 納米微粒與被還原的金屬離子共同沉積在基體表面；然后將金屬或合金基鍍件 在空氣中晾干后，于300-500 r下保溫30-60 min。 所述金屬或合金基體為鐵、銅或其合金。
所述基礎(chǔ)鍍液為與金屬或合金基體相適應(yīng)的常規(guī)Ni-P、 Co-B或 Ni-B-Co。
所述施鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)為硅溶膠-水溶液、硅酸乙酯-乙醇 溶液、鈦酸四丁酯-乙醇溶液、正丙醇鋯-乙酰丙酮-正丙醇溶液、三氧化二鋁溶 膠-水溶液中的至少一種；其濃度為0.05-1.25 mol/L;當(dāng)其被加入到施鍍液時(shí)， 可水解產(chǎn)生的納米微粒的質(zhì)量濃度為0.5-3 g/L;滴加速度為0.84mL/min-L。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明獲得的納米化學(xué)復(fù)合鍍層在耐腐蝕性、硬度、致密度、耐磨性 均優(yōu)于常規(guī)化學(xué)復(fù)合鍍層。
2、 本發(fā)明在實(shí)施常規(guī)化學(xué)鍍的同時(shí)，加入硅溶膠-水溶液、硅酸乙酯-乙 醇溶液、鈦酸四丁酯-乙醇溶液、正丙醇鋯-乙酰丙酮-正丙醇溶液、三氧化二鋁 溶膠-水溶液等物質(zhì)，在施鍍條件下水解獲得具有活性的無機(jī)氧化物納米微粒， 使得被沉積的金屬離子和無機(jī)氧化物納米微粒均勻施鍍于基體表面。


圖1為在鐵基鍍件上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P和施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米
Si02的掃描電鏡對(duì)比圖
a—鐵基鍍件上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P; b—鐵基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02
圖2為45#中碳鋼基體上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P和施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02在10。/。鹽酸溶液中浸泡7小時(shí)后的掃描電鏡對(duì)比圖。
a—45#中碳鋼基體上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P; b—45^中碳鋼基體上施鍍納米 復(fù)合鍍層M-P-納米Si0具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一在鐵基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02
1、 工藝流程
將鐵基鍍件除油一清洗一酸洗除銹一清洗一弱酸活化一清洗一施鍍一清 洗一晾干一保溫。
2、 在鐵基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02的工藝配方及條件 基礎(chǔ)鍍液的配方
NiS04'6H20 25 g/L
NaH2P02.H20 20 g/L
NaAc 17 g/L
乳酸 24 g/L
丙酸 10 g/L
基礎(chǔ)鍍液的pH值為5-6，溫度保持在80±1 °C;
將處理好的鐵基鍍件放入基礎(chǔ)鍍液的同時(shí)，加入0.556 mol/L的硅溶膠-水 溶液(以Si02計(jì))15 mL，滴加速度為0.5 mL/mhv250mL，施鍍時(shí)間為120min， 鍍液總體積為250 mL。
保溫溫度400 °C，時(shí)間30min。
3、 施鍍結(jié)果 鍍層均勻、光亮。
圖1為在鐵基鍍件上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P和施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米 Si02的掃描電鏡對(duì)比圖。a為在鐵基鍍件上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P， b為在鐵基體 上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02的掃描電鏡圖。
對(duì)圖1進(jìn)行對(duì)比可知，Ni-P-納米Si02復(fù)合鍍層，由于其中存在納米Si02， 復(fù)合鍍層表面比較規(guī)則并且結(jié)構(gòu)致密，而Ni-P鍍層表面不規(guī)則并存在缺陷， 致密性差，Ni-P-納米Si02復(fù)合鍍層明顯優(yōu)于Ni-P鍍層。
將鐵基納米復(fù)合Ni-P-納米Si02鍍件在10%鹽酸溶液中浸7小時(shí)，無明顯 氣泡溢出，腐蝕速率為0.0278 mg'dm^h—1;在5%氯化鈉溶液中浸泡7小時(shí)， 無氣泡溢出，腐蝕速率為0;在20%氫氧化鈉溶液中浸泡7小時(shí)，無氣泡溢 出，腐蝕速率為0。
實(shí)施例二、在45弁中碳鋼基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米SK)2
1、工藝流程
同實(shí)施例一。2、 工藝配方及工藝條件 基礎(chǔ)鍍液配方
NiS04'6H20 28 g/L
NaAc 15 g/L
NaH2P04.H20 20 g/L
擰檬酸鈉 20 g/L
將基礎(chǔ)鍍液的pH值控制在4.5-5.5，溫度保持在70±1°C 。 將處理好的鋼基鍍件放入基礎(chǔ)鍍液的同時(shí)，加入1.25mol/L (以Si02計(jì))
的正硅酸乙酯-乙醇溶液10 mL，滴加速度為0.4 mL/mirv250mL，施鍍時(shí)間為
60min，鍍液總體積為250mL。
保溫溫度400 °C，時(shí)間50min。
3、 施鍍結(jié)果 鍍層均勻、光亮。
將鋼基納米復(fù)合Ni-P-納米Si02鍍件在10%鹽酸溶液中浸泡7小時(shí)，無明 顯氣泡溢出，腐蝕速率為0.0217 mg'dm^h—1;在5%氯化鈉溶液中浸泡7小時(shí)， 無氣泡溢出，腐蝕速率為0。在20%氫氧化鈉溶液中浸泡7小時(shí)，無氣泡溢 出，腐蝕速率為0。
圖2為45#中碳鋼基體上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P和施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米Si02在10。/。鹽酸溶液中浸泡7小時(shí)后的掃描電鏡對(duì)比圖。a為45tf中碳 鋼基體上施鍍化學(xué)鍍層Ni-P， b為45#中碳鋼基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-
納米SK)2的掃描電鏡圖。
對(duì)圖2進(jìn)行對(duì)比可知，用10%的鹽酸溶液腐蝕后，Ni-P-納米Si02復(fù)合 鍍層表面未見明顯變化，而Ni-P鍍層則被破壞。因此45#中碳鋼基體上施鍍 得到的Ni-P-納米Si02復(fù)合鍍層的抗腐蝕性明顯優(yōu)于Ni-P鍍層。
實(shí)施例三、在銅基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Co~B-納米Zr02
1、 工藝流程 同實(shí)施例一。
2、 工藝配方及條件
基礎(chǔ)鍍液配方
CoS04-7H20 33.72 g/L
Na2C4H406.2H20 115 g/L (NH4)2S04 52.8g/L二甲基胺硼烷 3.54 g/L
基礎(chǔ)鍍液的pH值為6.5-7.5，溫度保持在80±1°C。
將處理好的銅基鍍件放入基礎(chǔ)鍍液的同時(shí)，加入0.05 molZL的正丙醇鋯-乙酰丙酮-正丙醇溶液20mL，滴加速度為1 mL/mirr250mL，施鍍時(shí)間為180 min，鍍液總體積為250mL。
保溫溫度500 。C，時(shí)間60min。
3、施鍍結(jié)果
鍍層均勻、光亮。
將銅基納米復(fù)合Co^B-納米Zr02鍍件在10 %鹽酸溶液中浸泡7小時(shí)，無 明顯氣泡溢出，腐蝕速率為0.0305 mg'dm義h";在5%氯化鈉溶液中浸泡7小 時(shí)，無氣泡溢出，腐蝕速率為0。在20%氫氧化鈉溶液中浸泡7小時(shí)，無氣 泡溢出，腐蝕速率為0。
實(shí)施例四在鐵基合金(鉻錳)基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-P-納米A1203
1、 工藝流程 同實(shí)施例一。
2、 工藝配方及條件
基礎(chǔ)鍍液配方
MS04.6H20 20g/L
NaH2P04.H20 24g/L
檸檬酸鈉 30 g/L
酒石酸 20 g/L
NaAc 40 g/L
KI03 0.16 g/L
基礎(chǔ)鍍液的pH值為4.5-5.5，溫度保持在90±1°C。
將處理好的鐵鉻錳合金基體放入基礎(chǔ)鍍液的同時(shí)，加入0.245 mol/L的 八1203溶膠-水溶液(以八1203計(jì))10mL，滴加速度為0. 2mL/mhr250mL，施 鍍時(shí)間為90min，鍍液總體積為250mL。
保溫溫度300 °C，時(shí)間60min。
3、施鍍結(jié)果
鍍層均勻、光亮。
將鐵鉻錳合金基納米復(fù)合Ni-P-納米A1203鍍件在10 %鹽酸溶液中浸泡7 小時(shí)，無明顯氣泡溢出，腐蝕速率為0.0322 mg'dm—2'!!—1;在5%氯化鈉溶液中浸泡7小時(shí)，無氣泡溢出，腐蝕速率為0。在20%氫氧化鈉溶液中浸泡7小
時(shí)，無氣泡溢出，腐蝕速率為o。
實(shí)施例五、在45#中碳鋼基體上施鍍納米復(fù)合鍍層Ni-B-Co納米Ti02
1、 工藝流程 同實(shí)施例一。
2、 工藝配方及條件
基礎(chǔ)鍍液配方
NiCl2-6H20 15 g/L CoCl2-6H20 15 g/L
NH4C1 5 g/L
NaAc 20 g/L
二乙胺硼烷 3.5 g/L
基礎(chǔ)鍍液的pH值為4.5-5.5,溫度保持在70±1°C 。
將處理好的鋼基體放入基礎(chǔ)鍍液的同時(shí)，加入0.234 mol/L鈦酸四丁酯-乙 醇溶液20mL，滴加速度為0.8 mL/mhv250mL，施鍍時(shí)間為120 min，鍍液總 體積為250 mL。
保溫溫度400 °C ，時(shí)間40min。
3、施鍍結(jié)果
鍍層均勻、光亮。
將鋼納米復(fù)合Ni-B-Co納米Ti02鍍件在10 %鹽酸溶液中浸泡7小時(shí)，無 明顯氣泡溢出，腐蝕速率為0.0327 mg'dm^h—1;在5%氯化鈉溶液中浸泡7小 時(shí)，無氣泡溢出，腐蝕速率為0。在20%氫氧化鈉溶液中浸泡7小時(shí)，無氣 泡溢出，腐蝕速率為0。
權(quán)利要求
1、一種納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于在金屬或合金基體表面實(shí)施常規(guī)化學(xué)鍍的同時(shí)，在基礎(chǔ)鍍液中加入可在施鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)，調(diào)節(jié)基礎(chǔ)鍍液的pH值在4.5-7.5，并升溫至70-90℃，在攪拌下施鍍60-180min，使產(chǎn)生的納米微粒與被還原的金屬離子共同沉積在基體表面；然后將金屬或合金基鍍件在空氣中晾干后，于300-500℃下保溫30-60min。
2、 如權(quán)利要求1所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述金屬或合 金基體為鐵、銅或其合金。
3、 如權(quán)利要求1所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述基礎(chǔ)鍍液 為與金屬或合金基體相適應(yīng)的常規(guī)Ni-P、 Co"B或Ni-B-Co鍍液。
4、 如權(quán)利要求1所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述在施鍍條 件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)為硅溶膠-水溶液、硅酸乙酯-乙醇溶液、鈦酸四丁 酯-乙醇溶液、正丙醇鋯-乙酰丙酮-正丙醇溶液、三氧化二鋁溶膠-水溶液中的 至少一種。
5、 如權(quán)利要求4所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述在施鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)在基礎(chǔ)鍍液中水解產(chǎn)生的納米微粒的質(zhì)量濃度為0.5-3 g/L。
6、 如權(quán)利要求4所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述在施鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)加入到基礎(chǔ)鍍液中的滴加速度為0.84 mL/min-L。
7、 如權(quán)利要求4所述納米化學(xué)復(fù)合鍍方法，其特征在于所述所述在施 鍍條件下可產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)中硅酸乙酯-乙醇溶液、鈦酸四丁酯-乙醇溶 液、正丙醇鋯-乙酰丙酮-正丙醇溶液、三氧化二鋁溶膠-水溶液、硅溶膠-水溶 液的濃度為0.05-1.25 mol/L。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬或合金基表面納米化學(xué)復(fù)合鍍的方法。該方法是在金屬或合金基體表面實(shí)施常規(guī)化學(xué)鍍的同時(shí)，在基礎(chǔ)鍍液中加入可在施鍍條件下產(chǎn)生納米微粒的物質(zhì)，調(diào)節(jié)基礎(chǔ)鍍液的pH值在4.5-7.5，并升溫至70-90℃，在攪拌下施鍍60-180min，使產(chǎn)生的納米微粒與鎳、磷，鈷、硼或鎳、硼、鈷等被還原的金屬離子共同沉積在基體表面；然后將金屬或合金基鍍件在空氣中晾干后，于300-500℃下保溫30-60min。本發(fā)明獲得的納米化學(xué)復(fù)合鍍層在耐腐蝕性、硬度、致密度、耐磨性均優(yōu)于常規(guī)化學(xué)復(fù)合鍍層。
文檔編號(hào)C23C18/31GK101545104SQ20091002238
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月25日
發(fā)明者穎 姚, 孫進(jìn)賀, 燕 景, 王小華, 賈永忠, 軍 馬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院青海鹽湖研究所