電沉積制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍍層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬表面處理技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種在金屬表面制備合金鍛層的方法， 具體設(shè)及一種在金屬表面通過電沉積制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，環(huán)保部口對(duì)含化廢液和廢氣的管控愈加嚴(yán)格，使得化（銘）鍛層的應(yīng) 用受到限制。于是人們致力于開發(fā)出能夠替代化鍛層的環(huán)保鍛層。在眾多金屬材料中， W(鶴）合金表現(xiàn)出高烙點(diǎn)、高硬度和高耐腐蝕等優(yōu)良性能，將W合金作為特殊器件表面的 "替代化"鍛層已引起廣泛關(guān)注。
[0003] 對(duì)于Co(鉆）基W合金鍛層而言，使其能夠作為"替代化"鍛層的主導(dǎo)性因素是鍛 層W含量。利用直流電沉積制備Co基W合金鍛層時(shí)，提高鍛液中W濃度可W使鍛層W含量 升高，但存在上限（約32atom. %)，并且鍛層W含量高于20atom. %后，Co-W合金鍛層易于 呈現(xiàn)非晶態(tài)或非晶態(tài)/晶態(tài)混合的狀況，并時(shí)常伴有Co3W出現(xiàn)。即便非晶態(tài)Co基W合金 鍛層的W含量較高，但其硬度卻低于W含量少的晶態(tài)（Co固溶體單一相）Co基W合金鍛層。 此外，金屬間化合物Co3W的存在會(huì)提高Co-W合金鍛層的硬度，在腐蝕環(huán)境中它會(huì)成為點(diǎn)蝕 的萌生區(qū)，導(dǎo)致鍛層耐腐蝕性惡化。
[0004] 對(duì)于合金而言，除了通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)或現(xiàn)有成分比例來改善性能外，另一種方法 是添加其它合金成分。Ni(儀）加入到Co當(dāng)中可W促進(jìn)Co表面形成致密的純化膜，使所 構(gòu)成的Co-Ni合金耐腐蝕性顯著高于金屬Co;Co與Ni形成固溶體時(shí)會(huì)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用， 使Co-Ni合金擁有比金屬Co更高的硬度；Ni屬于化族元素，可W與W進(jìn)行誘導(dǎo)共沉積。因 此，Co-Ni-WS元合金鍛層應(yīng)當(dāng)擁有更高的硬度和更優(yōu)越的耐腐蝕性能。 陽0化]綜上所述，提升Co基W合金鍛層硬度和耐腐蝕性的關(guān)鍵在于：（1)提高鍛層W含 量；（2)控制鍛層結(jié)構(gòu)為納米晶Co固溶體單一相的狀態(tài)；（3)選擇合適的合金成分配比。
[0006] 近年來，聲電化學(xué)的相關(guān)研究表明：（1)超聲場(chǎng)可W改善電沉積過程中電流效率 低、電流微觀分布不均、液相傳質(zhì)慢等問題；(2)超聲場(chǎng)有利于細(xì)化鍛層晶粒，并影響鍛層 結(jié)晶取向；（3)超聲場(chǎng)還可對(duì)合金鍛層的成分比例產(chǎn)生影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明在前人的工作基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合金屬表面電沉積技術(shù)、聲電化學(xué)等熱點(diǎn)研 究領(lǐng)域，通過合理配制鍛液，將超聲場(chǎng)引入電沉積過程，利用脈沖電沉積手段，制備出單一 相納米晶Co-Ni-W合金鍛層，W期獲得高硬度、高耐腐蝕的良好性能。
[0008] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層的鍛液，通 過合理的配置鍛液為電沉積制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層做準(zhǔn)備。
[0009] 本發(fā)明的制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層的鍛液，包含下述組分：
[0010]
[0012] 余量為溶劑去離子水。
[0013] 本發(fā)明的目的之二在于提供一種基于上述制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層 的鍛液通過電沉積制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層的方法。
[0014] 具體的，本發(fā)明的電沉積制備單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層的方法，包括下述 步驟：
[0015] (1)按照下述計(jì)量比配制鍛液：
[0017] 余量為溶劑去離子水；調(diào)節(jié)鍛液的PH值為7. 0~9. 5,靜置陳化，備用； 陽018] 上述技術(shù)方案中，通過氨水和鹽酸調(diào)節(jié)鍛液的抑值為7. 0~9. 5。
[0019] 優(yōu)選的，將配制完成的鍛液靜置陳化36個(gè)小時(shí)W上。
[0020] (2)將步驟（1)得到的鍛液置入超聲波恒溫槽中，實(shí)施脈沖電沉積；
[0021] 上述技術(shù)方案中，電沉積過程中，陰極與銷陽極之間的距離為I~6cm，溫度為 35~55°C，平均陰極電流密度20~160mA'cm-S，脈沖電流的占空比為30~70%，脈沖頻 率為80~1500Hz。
[0022] 上述技術(shù)方案中，超聲波功率為50~200W，超聲波頻率為30~120曲Z。
[0023] 上述技術(shù)方案中，將步驟（1)得到的鍛液置入超聲波恒溫槽中，實(shí)施脈沖電沉積 10~30min。
[0024] (3)將經(jīng)過步驟（2)脈沖電沉積的鍛層放入氣氛保護(hù)爐中保溫處理，最終獲得單 一相納術(shù)晶Co-化-W合金鍛層。 陽0巧]上述技術(shù)方案中，氣氛保護(hù)爐中的氣氛為肥與Ar(氣氣）的混合氣。
[0026] 優(yōu)選的，所述的混合氣中肥與Ar的體積比為5~10%。
[0027] 上述技術(shù)方案中，溫度為120~160°C，保溫處理0. 5~1. 5小時(shí)。
[0028] 本發(fā)明利用Co、Ni、WS元鍛液體系，通過脈沖電沉積手段，并將超聲場(chǎng)應(yīng)用到電 沉積過程中，通過超聲場(chǎng)作用加速W配合物的液相傳質(zhì)速率、促進(jìn)W析出的界面反應(yīng)發(fā)生、 調(diào)控鍛層的結(jié)晶過程，制備出W含量高且為Co固溶體單一相納米晶Co-Ni-W合金鍛層，其 具有高硬度、高耐腐蝕的良好性能，可用W代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Cr鍛層。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅 僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范 圍。
[0030] 下述實(shí)施例中所用的實(shí)驗(yàn)材料，如無特殊說明，均可由常規(guī)生化試劑商店購買得 到。 陽0川 實(shí)施例1
[0032] 取冷社低碳鋼板10X20X1. 5mm若干片，表面用金相砂紙打磨，經(jīng)無水乙醇、丙酬 依次清洗后，干燥，放入干燥器中備用。該處理過的冷社低碳鋼板將作為電沉積的基底。 陽〇3引使用去離子水配制鍛液，鍛液組成為：C〇S〇4? 7&0 0. 4mol?L1，NiS〇4?6H200 .Imol?L1，胞2胖〇4? 2&0 0.Imol?L1，H3BO3O. 06mol?L1，NH4CI0.Olmol?L1， Na2S〇4?IOH2O0. 03mol?L1，CieHseClN0. 02mol?L1，NasOftOy? 2&0 0. 2mol?L1。調(diào)節(jié)鍛 液抑值為7. 5,再將鍛液靜置陳化36h。
[0034] 將此前預(yù)處理的冷社低碳鋼板作為陰極，銷片作為陽極，陰極與陽極之間的距離 為2cm，電沉積溫度為40 °C，平均陰極電流密度40mA?cm2，脈沖電流的占空比為40 %，脈沖 頻率為lOOHz，超聲波功率為50W，超聲波頻率為40曲Z，電沉積時(shí)間為30min。
[00對(duì)再將電沉積獲得的鍛層放入氣氛保護(hù)爐中保溫處理，氣氛為VAr混合氣[V化)/V(Ar) = 8% ]，溫度為150。保溫時(shí)間為1小時(shí)。
[0036] 通過X射線衍射儀與電子能譜測(cè)定獲得的Co-Ni-W合金鍛層樣品的物相、平均晶 粒尺寸和W含量；用維氏硬度計(jì)測(cè)試樣品的硬度；并將樣品浸泡在5%氯化鋼溶液中60min 后，測(cè)試其腐蝕電流密度。測(cè)試結(jié)果見表1。
[0037] 實(shí)施例2
[003引按照實(shí)施例I的方法處理冷社低碳鋼板。