專利名稱：塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬材料及其制備方法，特別是一種非晶態(tài)合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ni-W-P非晶合金具有許多優(yōu)異的性能優(yōu)異的耐蝕性，應(yīng)用于油田井管的耐腐蝕涂層；良好的摩擦磨損性能，高硬度和機(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于機(jī)械傳動(dòng)部件；具有優(yōu)良的催化析氫活性、長(zhǎng)期電解穩(wěn)定性以及較高的熱穩(wěn)定性和耐蝕性，用于電催化析氫和光電催化析氫；超細(xì)Ni-W-P非晶合金具有高活性催化劑的作用，廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域。目前，Ni-W-P非晶合金制備通常有三種方法甩帶法、化學(xué)鍍法和電沉積法。在形狀尺寸方面，這三種方法制備的樣品都很薄，都是微米量級(jí)，停留在細(xì)絲、條帶和薄膜階段，無(wú)法得到具有三維尺度的大塊非晶合金。甩帶法需要預(yù)熔金屬Ni-W-P母合金，而非金屬P極易揮發(fā)，而偏離非晶形成的成分范圍，難以形成非晶合金。至于化學(xué)鍍法和電沉積法，由于鍍層直接 沉積在基板表面，這種傳統(tǒng)的沉積方式，沒(méi)有機(jī)械力的約束，電流密度小，結(jié)果造成隨著沉積時(shí)間的延長(zhǎng)，鍍層開(kāi)裂或與基板剝離，因此只能制得薄膜材料。用這些方法制備的非晶合金，非晶合金的形狀尺寸受到限制，使得非晶合金材料的許多優(yōu)良特性在實(shí)際應(yīng)用中難以充分發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備速度快、具有三維尺度大塊的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金及其制備方法。本發(fā)明采用專門設(shè)計(jì)的噴射電沉積模具以及不同的鍍液成分和鍍覆工藝，得到一種鍍層厚度達(dá)毫米量級(jí)的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一、本發(fā)明的三元鎳-鎢-磷非晶合金，其化學(xué)成分為Ni1(l(l_x_yWxPy，其中x、y為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x=lf 14%、y=15^18%,鍍層厚度達(dá)毫米量級(jí)的塊體。二、本發(fā)明的制備方法具體如下
I、制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的噴射電沉積模具
該模具的上模和下模是用聚氯乙烯板制作的，并且上、下模外形相同。上模中間設(shè)有內(nèi)腔，下模中間設(shè)有沉積腔，上模具內(nèi)腔小于下模具的沉積腔。不銹鋼基板的形狀與非晶產(chǎn)品的形狀對(duì)應(yīng)，并且尺寸大于上模內(nèi)腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸。不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模具的沉積腔之中。上述不銹鋼基板的一端與外設(shè)絕緣漆的銅導(dǎo)電帶相連，該銅導(dǎo)電帶的另一端伸出下模具外。通過(guò)塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導(dǎo)電帶連接。上、下模具通過(guò)緊固螺栓結(jié)合成為一個(gè)整體的噴射電沉積模具。上述不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機(jī)械加工痕跡，洗凈后浸入7(T80°C、質(zhì)量濃度15 20%NaC03溶液中，除油2 5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質(zhì)量濃度5 10%的鹽酸溶液中活化f 2min，取出用純凈水洗凈待用。
2、配制上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的電鍍液
電鍍液是以水為溶劑，每升該溶液中含有硫酸鎳100-130g、氯化鎳10-20g、鎢酸鈉190-220g、次亞磷酸鈉40-50g、檸檬酸鈉210_230g、糖精4_6g。鍍液中，硫酸鎳為主鹽，提供鍍覆所需Ni2+ ;氯化鎳除提供Ni2+外，同時(shí)提供Cl—防止陽(yáng)極鈍化；次亞磷酸鈉為鍍層中P的主要來(lái)源；鎢酸鈉為鍍層中W的主要來(lái)源；檸檬酸鈉為pH值緩沖劑，調(diào)節(jié)鍍液pH值，pH值在一定范圍內(nèi)對(duì)鍍層P含量影響很小。3、安裝制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的鍍槽
將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼基板作為不溶性陰極板通過(guò)模具上的銅導(dǎo)電帶與直流電源負(fù)極相連，將純度為99. 9%的活化鎳板作為提供鎳離子的可溶性陽(yáng)極與直流電 源正極相連，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中。離心泵兩端分別與兩根插入鍍液的非金屬管相連，并且與離心泵出液口相連的管路上設(shè)有控制閥和流量計(jì)，該管路的出口端朝向電沉積模具上模內(nèi)腔。在鍍槽內(nèi)還設(shè)有加熱器和控溫裝置。4、制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金首先開(kāi)啟鍍槽內(nèi)的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調(diào)至50-60°C。再開(kāi)啟離心泵，通過(guò)流量計(jì)和控制閥調(diào)節(jié)鍍液的流速，使鍍液達(dá)到100-200m/s的噴射速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使電流密度達(dá)到200-300A/dm2。隨時(shí)通過(guò)添加5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))氫氧化鈉和10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸調(diào)節(jié)鍍液pH，嚴(yán)格控制鍍液的pH值4. Γ4. 6，以保證鍍層質(zhì)量。當(dāng)鍍層達(dá)到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個(gè)零件，從不銹鋼基板上剝離鎳-鎢-磷非晶合金。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、由于本發(fā)明的噴射電沉積模具使用的不銹鋼板和聚氯乙烯板極易加工，可以根據(jù)所需的塊體非晶樣品形狀，加工噴射電沉積模具。2、通過(guò)改變鍍液成分和鍍覆工藝，可以制備所需成分、形狀和尺寸的塊體三元鎳-鶴-磷非晶合金。3、能夠制備具有三維尺度、大塊、鍍層厚度達(dá)毫米量級(jí)的塊體三元鎳-鎢-磷非晶
I=I -Wl O


圖I是本發(fā)明噴射電沉積模具主視剖面示意簡(jiǎn)圖。圖2是本發(fā)明噴射電沉積工藝主視剖面示意簡(jiǎn)圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例I制備的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金實(shí)物照片圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
在圖I所示的本發(fā)明噴射電沉積模具主視剖面示意簡(jiǎn)圖中，其是由上下兩塊外形相同的聚氯乙烯上模具I和下模具3組成，上下模具中間分別設(shè)有內(nèi)腔和沉積腔，上模具內(nèi)腔小于下模具的沉積腔。不銹鋼基板2的形狀與非晶產(chǎn)品的形狀對(duì)應(yīng)，尺寸大于上模具內(nèi)腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸。不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模具的沉積腔之中。在上述不銹鋼板的一端連接用絕緣漆絕緣的銅導(dǎo)電帶4，該銅導(dǎo)電帶的另一端伸出下模具外。上述不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機(jī)械加工痕跡，洗凈后浸入70°C、質(zhì)量濃度20%NaC03溶液中，除油2min，取出用純凈水洗凈；然后放入質(zhì)量濃度10%的鹽酸溶液中活化lmin，取出用純凈水洗凈待用。通過(guò)4XM4塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導(dǎo)電帶連接好。上、下模具通過(guò)6XM4均布緊固螺栓結(jié)合成為一個(gè)整體的噴射電沉積模具。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳100g、氯化鎳20g、鎢酸鈉190g、次亞磷酸鈉40g、檸檬酸鈉230g、糖精4g，其余為水。如圖2所示的本發(fā)明噴射電沉積工藝主視剖面示意簡(jiǎn)圖中，，將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼板作為不溶性陰極板，將純度為99. 9%、100X 100 mm的活化鎳板作為可溶性陽(yáng)極，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中，電源10正負(fù)極分別與上述活化鎳板9和電沉積模具8上的銅導(dǎo)電帶連接。離心泵12—端接插入鍍液的塑料管11，另一端接控制閥13，在接控制閥另一端的塑料管上設(shè)有流量計(jì)14。在鍍槽5內(nèi)還設(shè)有加熱器及控溫裝置6。首先開(kāi)啟鍍槽內(nèi)的加熱器和控溫裝置，將鍍液溫度調(diào)至50°C，再開(kāi)啟離心泵，通過(guò)流量計(jì)和控制閥調(diào)節(jié)鍍液的流速，使鍍液達(dá)到100m/S的噴射速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使電流密度達(dá)到300A/dm2。隨時(shí)通過(guò)添加5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))氫氧化鈉和10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸調(diào)節(jié)鍍液pH值為4. 4。當(dāng)鍍層達(dá)到2 mm后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個(gè)零件，從不銹鋼基板上剝離出Ni74-Wll-P15非晶合金。如圖3所示，所制備的塊體三元Ni-W-P非晶合金表面光滑，厚度達(dá)到2. 1mm。實(shí)施例2
使用的模具和電鍍裝置均與實(shí)施例I相同。將不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#, 1000#水砂紙打磨，去除機(jī)械加工痕跡，洗凈后浸入75°C、質(zhì)量濃度15%NaC03溶液中，除油5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質(zhì)量濃度8%的鹽酸溶液中活化I. 5min，取出用純凈水洗凈待用。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳110g、氯化鎳15g、鎢酸鈉200g、次亞磷酸鈉45g、檸檬酸鈉220g、糖精5g，其余為水。首先開(kāi)啟鍍槽內(nèi)的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調(diào)至55°C，再開(kāi)啟離心泵，通過(guò)控制閥調(diào)節(jié)流量計(jì)的流速，使鍍液達(dá)到150m/s的噴射速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使電流密度達(dá)到260A/dm2。隨時(shí)通過(guò)添加5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))氫氧化鈉和10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸調(diào)節(jié)鍍液PH值為4. 5。當(dāng)鍍層達(dá)到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個(gè)零件，將不銹鋼基板上的Ni71-W13-P16非晶合金與基體剝離，其厚度達(dá)到2. O mm。實(shí)施例3
使用的模具和電鍍裝置均與實(shí)施例I相同。將不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#, 1000#水砂紙打磨，去除機(jī)械加工痕跡，洗凈后浸入80°C、質(zhì)量濃度17%NaC03溶液中，除油4min，取出用純凈水洗凈；然后放入質(zhì)量濃度5%的鹽酸溶液中活化2min，取出用純凈水洗凈待用。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳130g、氯化鎳10g、鎢酸鈉220g、次亞磷酸鈉50g、檸檬酸鈉210g、糖精6g，其余為水。首先開(kāi)啟鍍槽內(nèi)的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調(diào)至60°C，再開(kāi)啟離心泵，通過(guò)控制閥調(diào)節(jié)流量計(jì)的流速，使鍍液達(dá)到200m/s的噴射速度；通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，使電流密度達(dá)到200A/dm2。隨時(shí)通過(guò)添加5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))氫氧化鈉和10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))鹽酸調(diào)節(jié)鍍液 PH值為4. 6。當(dāng)鍍層達(dá)到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個(gè)零件，將不銹鋼基板上的Ni68-W14-P18非晶合金與基體剝離，其合金厚度達(dá)到1.9 mm。
權(quán)利要求
1.一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金，其特征在于其化學(xué)成分為Ni1(l(l_x_yWxPy，其中x、y為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，1=1廣14%、7=15 18%，鍍層厚度達(dá)毫米量級(jí)的塊體。
2.上述權(quán)利要求I所述的一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的制備方法，其特征在于 (1)制備噴射電沉積模具 該模具是用聚氯乙烯板制作的，并且上、下模外形相同，上模內(nèi)腔小于下模的沉積腔，不銹鋼基板的形狀與非晶產(chǎn)品的形狀對(duì)應(yīng)，并且尺寸大于上模內(nèi)腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸，不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模的沉積腔之中，上述不銹鋼基板的一端與外設(shè)絕緣漆的銅導(dǎo)電帶相連，該銅導(dǎo)電帶的另一端伸出下模具外，通過(guò)塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導(dǎo)電帶連接，上、下模具通過(guò)緊固螺栓結(jié)合成為一個(gè)整體的噴射電沉積模具； (2)配制電鍍液 電鍍液以水為溶劑，每升該溶液中含有硫酸鎳100-130g、氯化鎳10-20g、鎢酸鈉190-220g、次亞磷酸鈉40-50g、檸檬酸鈉210_230g、糖精4_6g ； (3)安裝鍍槽 將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼基板通過(guò)模具上的銅導(dǎo)電帶與直流電源負(fù)極相連，將純度為99. 9%的活化鎳板與直流電源陽(yáng)極正極相連，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中，離心泵兩端分別與兩根插入鍍液的非金屬管相連，并且與離心泵出液口相連的管路上設(shè)有控制閥和流量計(jì)，該管路的出口端朝向電沉積模具上模內(nèi)腔，在鍍槽內(nèi)還設(shè)有加熱器和控溫裝置； (4)制備塊體三元鎳-鶴-磷非晶合金 首先開(kāi)啟鍍槽內(nèi)的加熱器和控溫裝置，將電鍍液溫度調(diào)至50-60°C，再開(kāi)啟離心泵，通過(guò)流量計(jì)和控制閥調(diào)節(jié)鍍液的流速，使鍍液達(dá)到100-200m/s的噴射速度；調(diào)節(jié)電壓，使電流密度達(dá)到200-300A/dm2，隨時(shí)通過(guò)添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的鹽酸調(diào)節(jié)鍍液PH，嚴(yán)格控制鍍液的pH值4. 4^4. 6，當(dāng)鍍層達(dá)到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個(gè)零件，從不銹鋼基板上剝離鎳-鎢-磷非晶合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的制備方法，其特征在于不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機(jī)械加工痕跡，洗凈后浸入7(T80°C、質(zhì)量濃度15 20%NaC03溶液中，除油2 5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質(zhì) 量濃度5 10%的鹽酸溶液中活化f 2min，取出用純凈水洗凈待用。
全文摘要
一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金，其化學(xué)成分為Ni100-x-yWxPy，其中x、y為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，x=11~14%、y=15~18%；其制備方法主要采用噴射電沉積方法讓非晶合金在模具上沉積，采用純度為99.9%的活化鎳板作為可溶性陽(yáng)極提供鎳離子，根據(jù)非晶產(chǎn)品的形狀設(shè)計(jì)不同形狀的不銹鋼基板做不溶性陰極，將其固定于上述電沉積模具上，通過(guò)不同的鍍液成分和鍍覆工藝，制備出具有三維尺度、大塊、鍍層厚度達(dá)毫米量級(jí)的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金。
文檔編號(hào)C22C45/04GK102703840SQ201210165230
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者喬琪, 于金庫(kù), 劉潤(rùn)海, 康少明, 王凍凍, 王躍華, 祝文沙 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)