專利名稱：碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝的制作方法
專利說明碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝 本發(fā)明屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝。耐磨鍍層的研究開發(fā)及其應(yīng)用一直為機(jī)械工程領(lǐng)域的人們所重視，如何獲得高性能的耐磨鍍層對(duì)于提高材料的使用壽命至關(guān)重要。電刷鍍技術(shù)由于具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝靈活、鍍積速度快、鍍層種類多、鍍層和基體材料的結(jié)合強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛使用于機(jī)械零部件的修復(fù)，尤其是對(duì)于大型機(jī)械的不解體現(xiàn)場(chǎng)修理或野外搶修更有突出的實(shí)用價(jià)值。上世紀(jì)八十年代開始，人們采用電刷鍍技術(shù)獲得復(fù)合鍍層，其原理是在電刷鍍鍍前將一種或數(shù)種不溶性固體顆粒添加到鍍液中，使固體微粒與金屬離子共沉積，并使其均勻地彌散在金屬鍍層中從而形成復(fù)合鍍層。但由于過去加入的固體顆粒多為微米級(jí)，其性能不能滿足科技發(fā)展的要求，因此應(yīng)用范圍受到一定限制。
自1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，由于其不同于微觀和宏觀物質(zhì)的許多介觀特性，添加碳納米管制備性能更為優(yōu)異的復(fù)合鍍層成為可能。碳納米管是一種針狀的碳管，直徑大約在1-30nm之間，長(zhǎng)度可達(dá)1μm。將一定濃度的碳納米管加入到常規(guī)電刷鍍液中，經(jīng)過表面活性劑分散和其它分散技術(shù)，獲得均勻穩(wěn)定的碳納米管電刷鍍復(fù)合鍍液，可以制備性能優(yōu)越的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層。該復(fù)合鍍層可以大幅度提高鍍層的耐磨性、耐熱性、耐蝕性和導(dǎo)熱性能等特性，因此在表面工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。
碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的質(zhì)量主要取決于碳納米管的性質(zhì)和基體金屬的特性。其影響因素主要有碳納米管特性、電流密度，電刷鍍鍍液類型及分散均勻性、pH值、溫度、制備工藝等。李文鑄等人在化學(xué)沉積鎳磷鍍層中添加納米碳納米管成功制備了碳納米管鎳磷復(fù)合鍍層，表現(xiàn)出高耐磨性和自潤(rùn)滑等。關(guān)于碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層方面，特別是其納米復(fù)合電刷鍍液的制備工藝等方面，目前還沒有詳細(xì)的研究和相關(guān)的專利報(bào)道。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)在技術(shù)的不足，以獲得性能均勻穩(wěn)定的耐磨鍍層，滿足部分耐磨零部件的需要而發(fā)明的一種碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，包括以下工藝步驟(1)工件表面預(yù)處理(2)電凈；(3)2號(hào)活化液的活化；(4)3號(hào)活化液活化；(5)特殊鎳打底；(6)采用碳納米管電刷鍍液進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層。碳納米管電刷鍍液的制備步驟為(1)先在常規(guī)特快鎳電刷鍍液中加入1g/L的碳納米管(2)再在上述混合溶液中加入0.3g/L的聚羧酸胺；(3)磁力攪拌(4)超聲振蕩；(5)得成品。電凈時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S。2號(hào)活化液活化時(shí)需要電壓10V，采用反接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S。3號(hào)活化液活化時(shí)需要電壓12V，采用反接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為30S。特殊鎳打底時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為300S。電刷鍍復(fù)合鍍層時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為600S。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單可靠，有利于獲得性能均勻穩(wěn)定、硬度高、耐磨耐熱的，可以滿足大部分耐磨耐熱零部件需要的耐磨鍍層。附

圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
參見附圖1，1為工作表面預(yù)處理；2為電凈；3為2號(hào)活化液活化；4為3號(hào)活化液活化；5為特殊鎳打底；6為用碳納米管電刷鍍液進(jìn)行電刷鍍制備碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種工藝技術(shù)對(duì)本專業(yè)的人來說還是是比較清楚的。
例1，在常規(guī)電刷鍍液中加入1g/L的碳納米管2L和0.3g/L的聚羧酸胺分散劑20L，經(jīng)過磁力攪拌15分鐘后，再經(jīng)過頻率為59KHz的超聲振蕩15分鐘后獲得碳納米管電刷鍍液，備用。在A3鋼表面進(jìn)行工件表面預(yù)處理，再以10V電壓，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S對(duì)工件進(jìn)行電凈；然后以10V電壓，采用反接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S，由20-30g/L的鹽酸、130-150g/L的氯化鈉以及余量水組成的2號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以12V電壓，采用反接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為30S，由130-150g/L的檸檬酸三鈉、90-100g/L的檸檬酸、2-4g/L的氯化鎳以及余量水組成的3號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以10V電壓，采用正接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為300S進(jìn)行特殊鎳打底；將預(yù)先制得的碳納米管電刷鍍液以10V電壓，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為600S進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層的制備，獲得顯微硬度達(dá)590的，耐磨性能提高一倍以上的，在300℃保溫后顯微硬度仍然保持502以上的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層。
例2，將在常規(guī)電刷鍍液中加入1g/L的碳納米管2L和0.3g/L的聚羧酸胺分散劑20L，經(jīng)過磁力攪拌15分鐘后，再經(jīng)過頻率為59KHz的超聲振蕩15分鐘后獲得碳納米管電刷鍍液，備用；然后在65錳鋼表面進(jìn)行工件表面預(yù)處理，再以10V電壓，采用正接法，刷速度鍍時(shí)為10m/min，時(shí)間為30S進(jìn)行電凈；以10V電壓，采用反接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S，由20-30g/L的鹽酸、130-150g/L的氯化鈉以及余量水組成的2號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以12V電壓，采用反接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為30S，由130-150g/L的檸檬酸三鈉、90-100g/L的檸檬酸、2-4g/L的氯化鎳以及余量水組成的3號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以10V電壓，采用正接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為300S進(jìn)行特殊鎳打底；將預(yù)先制得的碳納米管電刷鍍液以10V電壓，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為600S進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層的制備，獲得拉伸強(qiáng)度提高34％，且裂紋擴(kuò)展阻力明顯提高的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層。例3，在常規(guī)電刷鍍液中加入1g/L的碳納米管2L和0.3g/L的聚羧酸胺分散劑20L，經(jīng)過磁力攪拌15分鐘后，再經(jīng)過頻率為59KHz的超聲振蕩15分鐘后獲得碳納米管電刷鍍液，備用；然后在高速鋼表面進(jìn)行工件表面預(yù)處理，再以10V電壓，采用正接法，刷速度鍍時(shí)為10m/min，時(shí)間為30S進(jìn)行電凈；以10V電壓，采用反接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S，由20-30g/L的鹽酸、130-150g/L的氯化鈉以及余量水組成的2號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以12V電壓，采用反接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為30S，由130-150g/L的檸檬酸三鈉、90-100g/L的檸檬酸、2-4g/L的氯化鎳以及余量水組成的3號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化；以10V電壓，采用正接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為300S進(jìn)行特殊鎳打底；將預(yù)先制得的碳納米管電刷鍍液以10V電壓，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為600S進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層的制備，復(fù)合鍍層的顯微硬度達(dá)到700以上，耐磨性能提高一倍以上的，在300℃保溫后顯微硬度仍然保持650以上的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層。
權(quán)利要求
1.碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于包括以下工藝步驟(1)工件表面預(yù)處理；(2)電凈；(3)2號(hào)活化液的活化；(4)3號(hào)活化液活化；(5)特殊鎳打底；(6)采用碳納米管電刷鍍液進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于所述的碳納米管電刷鍍液的制備步驟為(1)先在常規(guī)特快鎳電刷鍍液中加入1g/L的碳納米管；(2)再在上述混合溶液中加入0.3g/L的聚羧酸胺(3)磁力攪拌；(4)超聲振蕩；(5)得成品。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于電凈時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于2號(hào)活化液活化時(shí)需要電壓10V，采用反接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為30S。
5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于3號(hào)活化液活化時(shí)需要電壓12V，采用反接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為30S。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于特殊鎳打底時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍速度為10m/min，時(shí)間為300S。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，其特征在于電刷鍍復(fù)合鍍層時(shí)需要電壓10V，采用正接法，刷鍍時(shí)速度為10m/min，時(shí)間為600S。
全文摘要
本發(fā)明涉及表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種碳納米管鎳基耐磨耐熱復(fù)合鍍層的制備工藝，包括以下工藝步驟(1)工件表面預(yù)處理；(2)電凈；(3)2號(hào)活化液活化；(4)3號(hào)活化液活化；(5)特殊鎳打底；(6)采用碳納米管電刷鍍液進(jìn)行電刷鍍復(fù)合鍍層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單可靠，有利于獲得性能均勻穩(wěn)定、硬度高、耐磨耐熱的，可以滿足大部分耐磨耐熱零部件需要的耐磨鍍層。
文檔編號(hào)C25D5/06GK1724720SQ20051002637
公開日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2005年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月1日
發(fā)明者周細(xì)應(yīng), 李培耀, 李曼萍, 童建華, 錢士強(qiáng) 申請(qǐng)人:上海工程技術(shù)大學(xué)