專利名稱：含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用金屬材料對材料的鍍覆，尤其是涉及一種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層及其制備方法。
背景技術：
現(xiàn)有的各種復合鍍層，其中所含有的固體顆粒主要有碳化硅、金剛石、石墨以及層狀結構的金屬硫化物(如硫化鎢和硫化鉬)，但是目前含有這些固體顆粒的復合鍍層在其耐磨性能、自潤滑性能、摩擦學性能對環(huán)境的穩(wěn)定性并不是十分理想。
碳納米管以其獨特的同軸石墨管納米結構具有特殊的物理化學和力學性能。碳納米管的強度是綱的100倍，可以用來制備先進的復合材料。同時碳納米管具有一定的自潤滑性能。因此碳納米管可以改善復合材料和復合鍍層的摩擦學性能。文獻[1]介紹了一種含有碳納米管的Ni-P復合鍍層，其磨損率只有Ni-P化學鍍層的1/6～1/5，摩擦系數(shù)由Ni-P化學鍍層的0.10～0.11降低到0.06。
傳統(tǒng)層狀結構的過渡金屬硫化物(如硫化鉬)作為潤滑劑已得到了廣泛的應用，但由于其晶體邊緣不飽和的懸掛鍵具有化學活性，在摩擦過程中容易粘合到金屬的表面和被氧化，使摩擦學性能急劇降低。最近，過渡金屬硫化物(如硫化鉬)納米管的合成和應用研究得到了廣泛的重視。由于硫化鉬納米管具有類似于碳納米管的同軸納米管狀結構，因此將具有很好的摩擦學應用。但是這種過渡金屬硫化物(如硫化鉬)納米管的合成比較困難，合成的量也比較少。最近文獻[2]介紹了一種二硫化鉬包覆碳納米管的復合納米管的水熱合成方法，這種碳/二硫化鉬復合納米管的制備是以碳納米管為模板，用鉬酸鹽和硫脲為鉬源和硫源。文獻[3]介紹了通過用硫代鉬酸銨吸附在碳納米管的表面，然后加熱分解可以制備得到碳/二硫化鉬復合納米管。這種碳/二硫化鉬復合納米管是在碳納米管的表面包覆了2～6層的同軸硫化鉬納米管，絕大多數(shù)是包覆了3～4層的同軸硫化鉬納米管。這種復合的碳/二硫化鉬納米管結合了碳納米管的超強力學性能和硫化鉬納米管良好的自潤滑性能，因此，在復合材料和復合鍍層中將具有很好的摩擦學應用。
但是迄今為止有關用碳/二硫化鉬復合納米管制備具有高耐磨性能和自潤滑的復合鍍層的研究還未見報道。
Chen WX，Tu JP，Wang LY，Gan HY，Xu ZD，Zhang XB，Tribologicalapplication of carbon nanotubes in a metal-based composite coating andcomposites，Carbon，41(2).215-222，2003[2]夏軍保，徐鑄德，陳衛(wèi)祥，鄭遺凡，杜志強，水熱合成MoS2/C同軸納米管，化學學報..，62(20).2109-2112，2004[3]Song X.C.，Xu Z.D.，Zheng Y.F.等，Chinese Chemical Letter，2004，1562
發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層及其制備方法，用化學復合鍍或復合電沉積制備得到具有高耐磨性能和自潤滑的復合鍍層。
本發(fā)明的技術方案是在復合鍍層中含有碳/二硫化鉬復合納米管。
用化學復合鍍或復合電沉積制備這種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層。在化學復合鍍液和復合電鍍液中，含有2～25g/L的碳/二硫化鉬復合納米管。
方案一采用化學復合鍍的方法制備含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層，化學鍍溶液的組成和工藝條件如下硫酸鎳 20-35g/L，次亞磷酸鈉 20-35g/L，鎢酸鈉 0-70g/L，檸檬酸鈉 0-100g/L，乳酸 0-20mL/L，pH 4-14，溫度 60-90℃，碳/二硫化鉬復合納米管2-25g/L，鍍覆時間 1-3小時，用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調整溶液的pH值。
方案二采用復合電沉積的方法制備含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層，電鍍溶液的組成和工藝條件如下
硫酸鎳130-300g/L，氯化鎳10-70g/L，次亞磷酸鈉或亞磷酸0-40g/L，硫酸納20-90g/L，溫度 15-80℃，碳/二硫化鉬復合納米管 2-25g/L，陰極電流密度 1-3A/dm2，時間 1-3小時。
同現(xiàn)有技術比較本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點1)本發(fā)明的含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層具有高的耐磨性能和極低的摩擦系數(shù)。在同等測試條件下，其磨損量為Ni-P鍍層的15～20％，是Ni-P-層狀硫化鉬復合鍍層的25～30％，是Ni-P-SiC復合鍍層的40～50％。其摩擦系數(shù)由Ni-P鍍層的0.10～0.09、Ni-P-層狀硫化鉬的0.06和Ni-P-SiC復合鍍層的0.11降低到0.03～0.04；2)含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層的磨損率是含有碳納米管的Ni-P復合鍍層的85～90％，但是其的摩擦系數(shù)只有0.03～0.04，明顯低于Ni-P-碳納米管復合鍍層0.55～0.06的摩擦系數(shù)，說明含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層具有更好的自潤滑性能；3)本發(fā)明的化學復合鍍和復合電沉積方法制備含有碳/二硫化鉬復合納米管復合鍍層的方法簡單，可以鍍覆在不同金屬零件表面上，適合于工業(yè)化生產；4)由于這種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層具有高的耐磨性能和極低的摩擦系數(shù)，可以延長金屬零件的使用壽命，降低系統(tǒng)的動力消耗，節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護。因此在汽車、機械、化工、航空航天等工業(yè)部門具有廣泛的應用。
具體實施例方式
實施例1用化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-P復合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳22g/L，次亞磷酸鈉22g/L，乳酸6mL/L，醋酸鈉12g/L，pH＝5，溫度85℃，碳/二硫化鉬復合納米管4.5g/L，時間3小時。摩擦磨損實驗結果表明含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層的磨損量分別是Ni-P鍍層的15～20％、Ni-P-層狀硫化鉬鍍層的25～30％、Ni-P-SiC鍍層的45～50％，Ni-P-碳納米管復合鍍層的85～90％。其摩擦系數(shù)為0.03～0.035，而Ni-P、Ni-P-層狀硫化鉬、Ni-P-SiC和Ni-P-碳納米管復合鍍層的摩擦系數(shù)分別是0.09～0.10、0.06～0.065、0.10～0.11和0.055～0.06。
實施例2用化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-W-P復合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳25g/L，鎢酸鈉60g/L，次亞磷酸鈉23g/L，檸檬酸鈉95g/L，乳酸7mL/L，硫酸銨30g/L，pH＝9，溫度88℃，碳/二硫化鉬復合納米管4g/L，時間2.5小時。摩擦磨損實驗結果表明含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-W-P復合鍍層的磨損量是一般層狀結構硫化鉬Ni-W-P復合鍍層的30～35％，其摩擦系數(shù)為0.03-0.037，而一般層狀結構硫化鎢復合鍍層的摩擦系數(shù)為0.06-0.07。
實施例3鋁合金經除油、堿性浸蝕和酸性浸蝕后，通過二次予浸鋅或浸鋅鎳合金，然后用化學鍍方法在其表面鍍覆含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層。化學鍍方法同實施例1。摩擦磨損實驗發(fā)現(xiàn)鋁合金表面含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層19％，其摩擦系數(shù)為0.04，而Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.11。
實施例4用復合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層。電鍍溶液的組成和工藝條件如下硫酸鎳200g/L，氯化鎳15g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硫酸鈉40g/L，溫度75℃，碳/二硫化鉬復合納米管10g/L，陰極電流密度1.0A/dm2，時間2小時。摩擦磨損實驗結果表明含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni-P復合鍍層的磨損量是Ni-P電鍍層的17～20％，其摩擦系數(shù)為0.035～0.04，Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.10～0.11。
實施例5用復合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni復合鍍層。電鍍溶液的組成和工藝條件如下硫酸鎳250g/L，氯化鎳30g/L，硼酸30g/L，pH＝3～4，溫度45～50℃，碳/二硫化鉬復合納米管20g/L，陰極電流密度1.5A/dm2，時間1.5小時。摩擦磨損實驗結果表明含有碳/二硫化鉬復合納米管的Ni復合鍍層的磨損量是Ni鍍層的21％，其摩擦系數(shù)為0.041，而Ni鍍層的摩擦系數(shù)為0.13。
權利要求
1.一種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層，其特征在于在鍍層中含有碳/二硫化鉬復合納米管。
2.含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層的制備方法，其特征在于采用化學復合鍍或復合電沉積，在化學復合鍍液和電鍍液中，含有2～25g/L的碳/二硫化鉬復合納米管。
3.根據(jù)權利要求2所述的含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層的制備方法，其特征在于所述采用化學復合鍍的方法，化學鍍溶液和條件如下硫酸鎳 20-35g/L，次亞磷酸鈉 20-35g/L，鎢酸鈉 0-70g/L，檸檬酸鈉 0-100g/L，乳酸 0-20mL/L，pH 4-14，溫度 60-90℃，碳/二硫化鉬復合納米管2-25g/L，鍍覆時間 1-3小時，用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調整溶液的pH值。
4.根據(jù)權利要求2所述的含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層的制備方法，其特征在于所述采用復合電沉積的方法，電鍍溶液和條件如下硫酸鎳130-300g/L，氯化鎳10-70g/L，次亞磷酸鈉或亞磷酸0-40g/L，硫酸納20-90g/L，溫度 15-80℃，碳/二硫化鉬復合納米管 2-25g/L，陰極電流密度 1-3A/dm2，時間 1-3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層及其制備方法。采用化學復合鍍或復合電沉積制備在鍍層中含有碳/二硫化鉬復合納米管的復合鍍層，在化學鍍液和電鍍液中，含有2～25g/L的碳/二硫化鉬復合納米管。本發(fā)明的復合鍍層具有高的耐磨性能和自潤滑性能。在同等測試條件下，其磨損量為Ni－P鍍層的15～20％，是Ni－P－層狀硫化鉬復合鍍層的25～30％，是Ni－P－SiC復合鍍層的45～50％，是Ni－P－碳納米管復合鍍層的85～90％。其摩擦系數(shù)只有0.03～0.04，而Ni－P鍍層、Ni－P－層狀二硫化鉬、Ni－P－SiC和Ni－P－碳納米管復合鍍層的摩擦系數(shù)分別為0.10～0.09、0.06、0.10和0.55～0.06。本發(fā)明方法簡單，可以延長金屬零件的使用壽命，降低動力消耗，節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護。
文檔編號C25D3/12GK1644763SQ20051004895
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月12日 優(yōu)先權日2005年1月12日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥 申請人:浙江大學