納米復合鍍層、電鍍液以及電鍍方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種N1-Cr-S12納米復合鍍層、電鍍液以及電鍍方法，屬于電鍍材料技術領域。
【背景技術】
[0002]納米復合鍍層是指在電鍍液或者化學鍍液中加入非水溶性納米固體材料使其與主體金屬共沉積到基體材料表面的鍍層。與普通金屬鍍層相比，這類鍍層具有更優(yōu)異的耐磨性、高溫抗氧化性、耐蝕性和機械性能。金屬鎳以其優(yōu)異的物理化學特性被越來越廣泛的關注，但從目前國內(nèi)外研究文獻來看，鎳電鍍層往往存在硬度較低、表面形貌粗糙、耐蝕性較差等缺點。Lidia Benea等人通過向鍍液中添加納米T12成功獲得了N1-T12納米復合鍍層，其硬度和表面形貌明顯的優(yōu)于鎳鍍層(參考= Lidia B1Eliza DJean P.Mater Sci Eng[J] ,2014,610(29): 106)。最近，鎳鉻合金鍍層由于其特殊性能而成為研究熱點，Mehran等利用電沉積的方法制備了N1-Cr-SiC納米復合鍍層，其顯微硬度成功的從289HV提高到546HV (參考:Mehran M1Mansor H, Halimah M et al.Appl Nanosci [J]，2013，3(4): 357)。目前Al、Cr、SiC、Sn02、Ti02、Al203等納米粒子均被用于制備鎳基納米復合鍍層，并被廣泛的用于精密模具的制造及復雜零件的保護等方面。但是，得到的復合鍍層的硬度及電學性能仍不令人滿意。
[0003]目前，將納米S12直接添加到Ni2+和Cr3+鍍液中制備N1-Cr-S12復合鍍層，未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種N1-Cr-S12納米復合鍍層、電鍍液以及電鍍方法。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]—種N1-Cr-S12納米復合鍍層，包括如下成分及其質(zhì)量百分含量:
[0007]Ni 72.00-88.00%^Cr 10.00-20.00%、Si(M.00-5.00%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的N1-Cr-S12納米復合鍍層，包括如下成分及其質(zhì)量百分含量:
[0009]Ni 80.00-83.00%^Cr 12.00-16.00%、Si〇23.50-5.00%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的N1-Cr-S12納米復合鍍層，包括如下成分及其質(zhì)量百分含量:
[0011]Ni 82.95%Xr 12.21 %、Si024.82%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的N1-Cr-S12納米復合鍍層組分晶粒的平均粒徑為16-19nm0
[0013]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的N1-Cr-S12納米復合鍍層的顯微硬度為1000-1329HV。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的N1-Cr-S12納米復合鍍層在3.5wt.%NaCl溶液中的交流阻抗為4380-6997 Ω /cm20
[0015]本發(fā)明還提供上述N1-Cr-S12納米復合鍍層的電鍍液，包括如下成分的濃度組成:
[0016]CrCl3.6H20 70-80g/L,NiSO4.6H2O 40-60g/L,NiCl2.6H2O 40-50g/L,NH4Cl40-60g/L，H3B0340-60g/L，十二烷基磺酸鈉(Ci2H25NaO4S) 0.1-0.3g/L，檸檬酸 120-140g/L，Si0210-20g/Lo
[0017]根據(jù)本發(fā)明的電鍍液，優(yōu)選的，包括如下成分的濃度組成:
[0018]CrCl3.6H2O 75g/L,NiSO4.6H2O 50g/L,NiCl2.6H2O 45g/L,NH4Cl 50g/L，H3B0350g/L，十二烷基磺酸鈉(C12H25NaO4S)0.2g/L，檸檬酸 130g/L，Si0215g/L。
[0019]本發(fā)明還提供上述N1-Cr-S12納米復合鍍層的電鍍方法，以石墨為陽極、鐵為陰極，采用上述電鍍液，采用脈沖電沉積的方式電鍍;電鍍條件:脈沖頻率5-15HZ，脈沖占空比40-60 %，電流密度 10-30A/dm2，電鍍溫度20-35 °C，電鍍時間40-100min，pH= 2-3。
[0020]本發(fā)明的有益效果:
[0021]1、本發(fā)明的N1-Cr-S12納米復合鍍層晶粒尺寸較小、表面光滑、結(jié)構致密。這是由于S12納米粒子的加入加快金屬的成核速率并且抑制晶粒的增長，從而使得晶粒粒徑減小，導致晶粒細化，鍍層致密度提高。
[0022]2、本發(fā)明的N1-Cr-S12納米復合鍍層具有高硬度、耐蝕性好及表面形貌優(yōu)異的特點，顯微硬度可達1329HV，在3.5wt.%NaCl溶液中的交流阻抗可達6997 Ω /cm2。
[0023 ] 3、本發(fā)明優(yōu)化了鍍液組成及電鍍條件，電鍍方法簡單。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明試驗例I中，對比例I和實施例1鍍層的SEM圖。其中，(a)為對比例I制得的N1-Cr納米復合鍍層，(b)為實施例1制得的N1-Cr-S12納米復合鍍層。
[0025]圖2為本發(fā)明試驗例2中，對比例I和實施例1鍍層的XRD圖譜。
[0026]圖3為本發(fā)明試驗例3中，實施例1-3制得的N1-Cr-S12納米復合鍍層中S12的質(zhì)量百分含量對比曲線。
[0027]圖4為本發(fā)明試驗例4中，對比例I制得的N1-Cr納米復合鍍層和實施例1-3制得的N1-Cr-S12納米復合鍍層中的顯微硬度對比曲線。
[0028]圖5為本發(fā)明試驗例5中，對比例I制得的N1-Cr納米復合鍍層和實施例1-3制得的N1-Cr-Si02納米復合鍍層的交流阻抗曲線。
【具體實施方式】
[0029]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0030]試驗例中采用Quanta 200型場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(SEM)觀測復合鍍層的表面形貌。采用D8-X射線衍射儀(XRD)分析復合鍍層的物相結(jié)構，用謝樂公式計算平均晶粒尺寸。采用HXD-1000TM型維氏顯微硬度計測量鍍層的顯微硬度(載荷為100g，加載時間為10s)。采用CHI 660E型電化學工作站在3.5wt.%NaCl溶液中測量鍍層以及交流阻抗曲線評價鍍層的耐蝕性，液溫為室溫，工作電極為待測的N1-Cr和N1-Cr-S12納米復合鍍層，輔助電極為鉑電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)。
[0031]實施例l、N1-Cr-Si02納米復合鍍層的制備
[0032]電鍍液成分的濃度組成:
[0033]CrCl3.6H20 75g/L,NiSO4.6H2O 50g/L,NiCl2.6H2O 45g/L,NH4Cl 50g/L，H3B0350g/L，十二烷基磺酸鈉(C12H25NaO4S)0.2g/L，檸檬酸 130g/L，Si0215g/L。藥品均為分析純試劑，溶劑采用二次蒸餾水。
[0034]采用HP-MCC25型智能多功能雙脈沖電鍍電源(上海賀普科技有限公司)，10ml燒杯為電解槽，陽極材料為石墨棒，陰極材料為6_ X 30mm單面低碳鋼片；
[0035]電鍍條件:脈沖頻率10Hz，脈沖占空比50%，電流密度10-30A/dm2，電鍍溫度30°C，電鍍時間60111；[11，口!1=2.85。
[0036]N1-Cr-S12 納米復合鍍層的成分組成為:Ni 82.95%,Cr 12.21 %、Si024.82%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0037]對比例l、Ni_Cr納米復合鍍層的制備
[0038]如實施例1所述，不同的是電鍍液中不加入S12。電鍍條件同實施例1。
[0039]N1-Cr納米復合鍍層的成分組成為:Ni 86.13%,Cr 13.83%，余量為不可避免的雜質(zhì)。
[0040]實施例2、N1-Cr_Si02納米復合鍍層的制備
[0041 ]如實施例1所述，不同的是電鍍液成分的濃度組成:
[0042]CrCl3.6H20 70g/L,NiSO4.6H2O 40g/L,NiCl2.6H2