專利名稱：納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料的復(fù)合電鑄制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鎳基復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種采用復(fù)合電鑄法來制備粒徑為納米級的碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料的方法，屬復(fù)合電鍍技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
采用復(fù)合電鍍技術(shù)制備碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料，可以賦予金屬鎳更高的硬度、更好的耐磨、耐腐蝕等特性，它為改變或調(diào)節(jié)金屬鎳的機械、物理和化學(xué)性能提供了極大的可能性和多樣性。但是復(fù)合電鍍技術(shù)主要是進行表面處理，大多數(shù)情況下僅是在零部件表面鍍敷一層復(fù)合材料，要求的厚度較薄，與塊狀材料相比，其應(yīng)用范圍較窄。要制備整體單獨使用的功能結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，復(fù)合電鍍工藝還需要結(jié)合其他技術(shù)。此外，用于制備顆粒增強金屬基復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法也很多，如擴散粘接法(固態(tài)法)、熔融金屬滲透法(液相滲透法)、鑄造法、復(fù)合鑄造法、原位生成法、粉末冶金法、機械合金法等，但這些方法的工藝過程復(fù)雜，工藝參數(shù)較多，有的需在高溫下進行，金屬基體與增強體間也容易發(fā)生嚴重的界面反應(yīng)，最終導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。另外，第二相固體顆粒在金屬基體中的分布也難以控制均勻，尤其對于納米增強顆粒更是困難，因為納米顆粒易發(fā)生團聚，致使金屬基體中的納米顆粒反而起不到強化作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料的復(fù)合電鑄制備方法，結(jié)合復(fù)合電沉積原理和電鑄技術(shù)，在成本相對較低，操作溫度不高的情況下，制備納米顆粒分布均勻、整體厚度相對普通電鍍鍍層較大、具有硬度高、強度高、延性大的鎳基復(fù)合材料，可單獨被用作功能結(jié)構(gòu)材料。
為實現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是以復(fù)合電沉積原理為基礎(chǔ)，用電解鎳塊作為陽極材料，以不銹鋼片作為陰極沉積母體，電鑄鍍液選用氨基磺酸鎳鍍液。首先將粒徑為納米級的碳化硅顆粒加入到共沉積促進劑配制的水溶液中進行超聲波攪拌或手動攪拌，攪拌充分后將其倒入電鑄鍍液中，通直流電，同時采用攪拌器不斷攪拌電鑄鍍液，使碳化硅顆粒在鍍液中均勻懸浮分散，金屬鎳離子與碳化硅顆粒共同沉積在陰極母體上，最后將具有一定厚度的復(fù)合電鑄鍍層從陰極上剝離而得到整體的納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
本發(fā)明所使用的陽極材料為市售電解鎳塊，電鑄鍍液選用氨基磺酸鎳電鑄鍍液，成分配制范圍為氨基磺酸鎳(Ni(NH2SO3)2·4H2O)200～400g/L；氯化鎳(NiCl2·6H2O)5～25g/L；硼酸(H3BO3)20～50g/L；納米碳化硅顆粒的粒徑從10nm至50nm，在電鑄鍍液中的添加濃度為10～80g/L；采用十六烷基溴化胺作共沉積促進劑，添加量為0.5～5g/L；直流電的大小采用電流密度表示，本發(fā)明的電流密度范圍為8～20A/dm2；攪拌器攪拌頻率范圍為40～200轉(zhuǎn)/分鐘；電鑄鍍液的溫度范圍為35～65℃，電鑄20～40小時后將鍍層從陰極不銹鋼片上剝離，得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
本發(fā)明的復(fù)合電鑄是在水溶液中進行，溫度不超過90℃，而且只需在一般電鍍設(shè)備基礎(chǔ)上略加改造就可用作該復(fù)合電鑄設(shè)備，成本較低。另外通過調(diào)整工藝參數(shù)可有效控制納米碳化硅顆粒在鎳基復(fù)合材料中的含量和分布均勻程度，使材料在較大范圍內(nèi)保持較好的物理及力學(xué)性能。本發(fā)明制備的納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料，其厚度從幾毫米到幾十毫米可調(diào)，且碳化硅粒子顆粒在鎳基體中分布均勻、材料表面平整，硬度HV可近700，拉伸強度最高可達到750MPa，延伸率仍保持在15％。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。以下實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
實施例1陽極材料為電解鎳塊，選用不銹鋼片作為陰極沉積體。氨基磺酸鎳電鑄鍍液的成分為氨基磺酸鎳(Ni(NH2SO3)2·4H2O)300g/L；氯化鎳(NiCl2·6H2O)5g/L；硼酸(H3BO3)40g/L。碳化硅顆粒粒徑為50nm，在電鑄鍍液中的添加量為35g/L，共沉積促進劑成分為十六烷基溴化胺，在電鑄鍍液中的添加量為2.0g/L。調(diào)整工藝參數(shù)陰極電流密度為8A/dm2；鍍液溫度為55℃；攪拌頻率為60轉(zhuǎn)/分鐘。
首先將共沉積促進劑溶解于蒸餾水中，再將納米碳化硅顆粒放入其中浸潤并進行超聲波攪拌和手動攪拌，以打碎團聚的納米碳化硅顆粒并使其在溶液中更加分散，之后一起倒入電鑄鍍液中，并采用攪拌器不斷攪拌電鑄鍍液，電鑄30小時后將鍍層從陰極不銹鋼片上剝離。最后得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
其中，所述攪拌器采用自行研制的板式升降攪拌器，通過電機帶動鉆有許多小孔的平板在槽內(nèi)上下往復(fù)運動，使顆粒在鍍液中均勻懸浮分散。
本實施例所得碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料厚度為3.7毫米。經(jīng)X熒光光譜分析，納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料中的碳化硅顆粒含量為2.4％(質(zhì)量百分比)，顯微硬度HV為595，拉伸強度為665MPa，延伸率為8％。
實施例2陽極材料為電解鎳塊，選用不銹鋼片作為陰極沉積體。氨基磺酸鎳電鑄鍍液的成分為氨基磺酸鎳(Ni(NH2SO3)2·4H2O)350g/L；氯化鎳(NiCl2·6H2O)10g/L；硼酸(H3BO3)45g/L。碳化硅顆粒粒徑為20nm，在電鑄鍍液中的添加量為35g/L，共沉積促進劑成分為十六烷基溴化胺，在電鑄鍍液中的添加量為2.0g/L。調(diào)整工藝參數(shù)陰極電流密度為12A/dm2；鍍液溫度為65℃；攪拌頻率為55轉(zhuǎn)/分鐘。
首先將共沉積促進劑溶解于蒸餾水中，再將納米碳化硅顆粒放入其中浸潤并進行超聲波攪拌和手動攪拌，以打碎團聚的納米碳化硅顆粒并使其在溶液中更加分散，之后一起倒入電鑄鍍液中，并采用攪拌器不斷攪拌電鑄鍍液，電鑄30小時后將鍍層從陰極不銹鋼片上剝離。最后得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
本實施例所得碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料厚度為4.1毫米。經(jīng)X熒光光譜分析，納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料中的碳化硅顆粒含量為3.2％(質(zhì)量百分比)，顯微硬度HV為628，拉伸強度為736MPa，延伸率為13％。
實施例3陽極材料為電解鎳塊，選用不銹鋼片作為陰極沉積體。氨基磺酸鎳電鑄鍍液的成分為氨基磺酸鎳(Ni(NH2SO3)2·4H2O)380g/L；氯化鎳(NiCl2·6H2O)10g/L；硼酸(H3BO3)45g/L。碳化硅顆粒粒徑為20nm，在電鑄鍍液中的添加量為50g/L，共沉積促進劑成分為十六烷基溴化胺，在電鑄鍍液中的添加量為2.5g/L。調(diào)整工藝參數(shù)陰極電流密度為20A/dm2；鍍液溫度為65℃；攪拌頻率為60轉(zhuǎn)/分鐘。
首先將共沉積促進劑溶解于蒸餾水中，再將納米碳化硅顆粒放入其中浸潤并進行超聲波攪拌和手動攪拌，以打碎團聚的納米碳化硅顆粒以使其在溶液中更加分散，之后一起倒入電鑄鍍液中，并采用攪拌器不斷攪拌電鑄鍍液，電鑄30小時后將鍍層從陰極不銹鋼片上剝離。最后得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
本實施例所得碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料厚度為4.8毫米。經(jīng)X熒光光譜分析，納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料中的碳化硅顆粒含量為3.4％(質(zhì)量百分比)，顯微硬度HV為645，拉伸強度為635MPa，延伸率為15％。
權(quán)利要求
1.一種納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料的復(fù)合電鑄制備方法，其特征在于用電解鎳塊作為陽極材料，以不銹鋼片作為陰極沉積母體，電鑄鍍液成分配制范圍為氨基磺酸鎳200～400g/L；氯化鎳5～25g/L；硼酸20～50g/L；納米碳化硅顆粒的粒徑為10～50nm，在電鑄鍍液中的添加量為10～80g/L；采用十六烷基溴化胺作共沉積促進劑，在電鑄鍍液中的添加量為0.5～5g/L；首先將碳化硅顆粒加入到共沉積促進劑配制的水溶液中，攪拌充分后將其倒入電鑄鍍液中，通直流電，電流密度范圍為8～20A/dm2，電鑄鍍液的溫度范圍為35～65℃，同時采用攪拌器不斷攪拌電鑄鍍液，攪拌器攪拌頻率范圍為40～200轉(zhuǎn)/分鐘，使碳化硅顆粒在鍍液中均勻懸浮分散，金屬鎳離子與碳化硅顆粒共同沉積在陰極母體上，電鑄20～40小時后將鍍層從陰極不銹鋼片上剝離，得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。
全文摘要
一種納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料的復(fù)合電鑄制備方法，用電解鎳塊作陽極材料，不銹鋼片作為陰極沉積體，增強顆粒為10nm至50nm的碳化硅顆粒，采用的共沉積促進劑為十六烷基溴化胺。碳化硅顆粒先與共沉積促進劑溶液混合并進行攪拌處理，然后倒入氨基磺酸鎳電鑄鍍液中，通直流電并不斷攪拌電鑄鍍液，使金屬鎳離子與增強體共同沉積在陰極母體上，最后將復(fù)合電鑄鍍層從陰極上剝離而得到整體納米碳化硅顆粒增強鎳基復(fù)合材料。本發(fā)明結(jié)合復(fù)合電沉積原理和電鑄技術(shù)，在工藝成本相對較低，操作溫度不高的情況下，制備的鎳基復(fù)合材料增強顆粒分布均勻，硬度高，強度高，延性好，整體厚度相對普通電鍍鍍層較大，可單獨被用作功能結(jié)構(gòu)材料。
文檔編號C25D1/00GK1683600SQ20051002403
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者胡文彬, 朱建華, 劉磊, 趙海軍, 沈彬 申請人:上海交通大學(xué)