專利名稱：低應(yīng)力、抗磨減摩梯度Ni－Co納米合金鍍層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低應(yīng)力、抗磨減摩梯度Ni-Co納米合金鍍層的制備方法。
背景技術(shù)：
納米晶材料與常規(guī)晶體材料相比具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性能，已作為一類先進(jìn)材料而受到了科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。納米合金作為納米材料的一類重要類型，逐步成為許多工業(yè)應(yīng)用的理想選擇。納米合金的制備方法有多種，其中電沉積法具有設(shè)備簡單、能耗低、沉積溫度低、易操作和成本低等優(yōu)點(diǎn)。對納米合金晶粒尺寸和應(yīng)力間的關(guān)系研究表明，納米合金鍍層在電結(jié)晶過程中會產(chǎn)生很高的內(nèi)應(yīng)力，會引起鍍層的剝落和開裂，從而對納米合金鍍層的耐蝕性，疲勞強(qiáng)度，耐磨性以及磁性都會產(chǎn)生較大的影響。尤其是在電鑄工業(yè)中，制備低應(yīng)力甚至零應(yīng)力的厚層納米合金鍍層具有重要的使用價值和應(yīng)用前景，因此厚沉積層中較高的內(nèi)應(yīng)力是電沉積法制備納米合金材料的一個障礙。目前，隨著工件表面抗磨鍍層的不斷發(fā)展，要求鍍層同時具有較好的抗磨性和減摩效果，以減小對摩擦配副的磨損損失。作為耐磨性表面使用的各種鍍層如果存在較高的內(nèi)應(yīng)力，將會顯著降低鍍層的使用壽命。因此制備低應(yīng)力，抗磨減摩的納米材料逐漸成為了人們研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。Ni-Co合金由于具有良好的耐蝕性，美觀的顏色以及良好的耐磨性和優(yōu)異的磁性等，而廣泛用作裝飾性，功能防護(hù)性鍍層以及磁性材料。另外由于其較好的力學(xué)性能而廣泛用作電鑄模具材料。但是，目前國內(nèi)外關(guān)于針對厚層納米鎳鈷合金鍍層內(nèi)應(yīng)力大、結(jié)合強(qiáng)度低、抗磨減摩性能差等問題的相關(guān)研究較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種較厚的梯度鎳鈷納米合金鍍層的制備方法，通過控制合金中組成含量的梯度變化，使梯度層具有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和性能梯度。從而解決納米合金鍍層內(nèi)應(yīng)力大，功能單一的問題。制備出同底材結(jié)合強(qiáng)度高、具有優(yōu)異抗磨減摩性能的梯度Ni-Co內(nèi)米合金鍍層。
本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的一種低應(yīng)力、抗磨減摩梯度Ni-Co內(nèi)米合金鍍層的制備方法，其特征在于采用電沉積法制備，電解液由硫酸鎳，氯化鈉，硼酸，氯化鈷和糖精酸鈉組成；電沉積時純鎳片為陽極，將經(jīng)過常規(guī)鍍前預(yù)處理后的鋼鐵、銅金屬工件作陰極，控制施鍍溫度在40～45℃，電解液pH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2；沉積過程中通過逐漸增加電解液中氯化鈷的濃度和控制相應(yīng)的沉積時間電解液中氯化鈷濃度(g/L)電沉積時間(min)0 302 301030
20 3040 3080 90即可一次性沉積出厚度超過150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
本發(fā)明每升電解液中含有190-210克硫酸鎳，19-21克氯化鈉，28-32克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。
本發(fā)明制備出的梯度Ni-Co內(nèi)米合金鍍層結(jié)構(gòu)致密均勻，表面平整，表面達(dá)到了鏡面光亮的效果。合金鍍層平均晶粒尺寸在16-24nm，梯度合金鍍層沿厚度方向，Co含量從0wt.％緩慢增加到81wt.％。梯度Ni-Co合金鍍層相結(jié)構(gòu)由面心立方結(jié)構(gòu)(FCC)逐步過渡到密排六方結(jié)構(gòu)(HCP)。梯度納米合金鍍層的內(nèi)應(yīng)力較均質(zhì)單層富鈷合金鍍層降低10～14倍。干摩擦磨損試驗表明，梯度納米合金鍍層的抗磨性較納米Ni和低鈷合金鍍層降低4-6倍，摩擦系數(shù)降低2倍左右(保持在0.20～0.26)。本發(fā)明在鋼鐵，銅等工件表面鍍覆厚梯度Ni-Co內(nèi)米合金鍍層工藝穩(wěn)定，操作簡單，投資小。制備出的梯度Ni-Co納米合金鍍層既有較高的抗磨性，同時具有良好的減摩性能。因此適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件，如要求耐磨與潤滑的汽車發(fā)動機(jī)等零部件。同時其較低的內(nèi)應(yīng)力有望使其進(jìn)一步應(yīng)用于精密合金電鑄生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明梯度鎳鈷納米合金鍍層斷面的成分梯度分布。
圖2是本發(fā)明梯度鎳鈷納米合金鍍層摩擦系數(shù)曲線。
具體實施例方式
實施例1以純鎳片作陽極，待處理工件作陰極。電沉積梯度Ni-Co納米合金鍍層的溶液組成如下每升電解液中含200克硫酸鎳，20克氯化鈉，30克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。將施鍍溫度維持在40～45℃，鍍液PH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2。將經(jīng)過常規(guī)化學(xué)除油，酸性活化后的鋼鐵，銅金屬工件，按上述鍍液成分和工藝條件下進(jìn)行電沉積，沉積過程中按照表1所示的工藝逐漸增加鈷鹽濃度和控制相應(yīng)的沉積時間(見表1)，即可在工件上一次性沉積出厚度大于150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
表1梯度Ni-Co納米合金鍍層電沉積控制條件

權(quán)利要求
1.一種低應(yīng)力、抗磨減摩梯度Ni-Co納米合金鍍層的制備方法，其特征在于采用電沉積法制備，電解液由硫酸鎳，氯化鈉，硼酸，氯化鈷和糖精酸鈉組成；電沉積時純鎳片為陽極，將經(jīng)過常規(guī)鍍前預(yù)處理后的鋼鐵、銅金屬工件作陰極，控制施鍍溫度在40～45℃，鍍液PH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2；沉積過程中通過逐漸增加電解液中氯化鈷的濃度和控制相應(yīng)的沉積時間電解液中氯化鈷濃度(g/L) 電沉積時間(min)0 302 3010 3020 3040 3080 90即可一次性沉積出厚度超過150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
2.如權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于每升電解液中含有190-210克硫酸鎳，19-21克氯化鈉，28-32克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低應(yīng)力、抗磨減摩梯度Ni－Co納米合金鍍層的制備方法。主要是針對目前制備的厚層納米合金鍍層內(nèi)應(yīng)力大、結(jié)合強(qiáng)度低、抗磨減摩性能差等問題而發(fā)明的。本發(fā)明采用電沉積方法，在含硫酸鎳和氯化鈷的基礎(chǔ)電解液中，通過逐漸增加電解液中鈷鹽的濃度和控制相應(yīng)的電沉積時間制備出結(jié)構(gòu)致密，表面平整，與底材結(jié)合牢固，鈷含量呈明顯梯度變化的梯度Ni－Co納米合金鍍層。其優(yōu)點(diǎn)在于制備出的梯度合金鍍層所具有的成分和結(jié)構(gòu)梯度有效地降低了厚鍍層的內(nèi)應(yīng)力，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨和減摩性能。因此適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件，同時有望應(yīng)用于精密合金電鑄生產(chǎn)。
文檔編號C25D3/56GK1766173SQ20041009021
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者徐洮, 王立平, 薛群基 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所