一種提高Ni?Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及納米顆粒表面改性及復合電鍍領(lǐng)域，具體地說是一種利用表面活性劑對Cr納米顆粒改性提高其在Ni?Cr納米復合鍍層中含量的方法及應用。鍍液中Cr納米顆粒表面吸附表面活性劑，使Cr納米顆粒表面的化學成分與形貌發(fā)生變化，使Cr在Ni?Cr納米復合鍍層的復合含量提高。利用表面活性劑改變Cr納米顆粒表面的成分和結(jié)構(gòu)，以此來提高其在Ni?Cr納米抗高溫氧化復合鍍層中的復合含量，其工藝簡單、成熟，易于推廣。
【專利說明】
一種提高N 1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及納米顆粒表面改性及復合電鍍領(lǐng)域，具體地說是一種利用表面活性劑對Cr納米顆粒改性提高其在N1-Cr納米復合鍍層中含量的方法及應用。
【背景技術(shù)】
[0002]N1-Cr納米抗高溫氧化復合電鍍層的高溫氧化性能較相同含量的N1-Cr 二元合金有顯著提高。復合電鍍層中Cr復合量達到9.6mass %以上，高溫條件下復合鍍層就能快速形成完整的Cr2O3保護膜，為了將其工程化應用，復合鍍層中的Cr含量需要保證Cr在高溫氧化過程中的消耗，所以對Cr含量提出了更高的要求。但是，我們面臨的問題是采用普通的復合電鍍工藝很難使Cr納米顆粒在N1-Cr納米復合鍍層的含量超過1mass%。因此，有效提高納米顆粒的含量是我們工程化應用亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種利用表面活性劑對Cr納米顆粒改性提高其在N1-Cr納米復合鍍層中含量的方法及應用，利用鍍液中表面活性劑對Cr納米顆粒進行改性，改變其表面成分及結(jié)構(gòu)以有效提高其在N1-Cr納米復合鍍層中含量。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0005]—種提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，鍍液中Cr納米顆粒表面吸附表面活性劑，使Cr納米顆粒表面的化學成分與形貌發(fā)生變化，使Cr在N1-Cr納米復合鍍層的復合含量提高。
[0006]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，利用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB或溴化十六烷基吡啶HI3B對Cr納米顆粒進行改性，Cr納米顆粒的平均粒度為40nm ο
[0007]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，首先，利用稀HCl對Cr納米顆粒進行活化處理24小時;再將活化后的Cr納米顆粒置于有陽離子表面活性劑的電鍍液中浸泡90天，進行表面改性。
[0008]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，稀HCl的濃度為10wt%,陽離子表面活性劑在電鍍液中占250mg/l。
[0009]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，對Cr納米顆粒進行改性后，Cr納米顆粒的成分發(fā)生變化，陽離子表面活性劑的碳氫鏈吸附在Cr顆粒表面，一方面納米顆粒表面氧化被抑制，另一方面促進了鍍液中陽離子在顆粒表面的吸附。
[0010]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，對Cr納米顆粒進行改性后，Cr納米顆粒表面形貌發(fā)生變化，顆粒表面氧化膜沒有明顯增厚，氧化膜的原子排列的無序化被抑制。
[0011]所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，Cr納米顆粒在N1-Cr納米抗高溫氧化復合鍍層含量質(zhì)量分數(shù)為15%?32%。
[0012]本發(fā)明的設(shè)計思想是:
[0013]為了提高Cr納米顆粒在N1-Cr納米復合鍍層中的復合含量，希望對Cr納米顆粒進行改性，改變Cr納米顆粒表面成分，阻止表面原子結(jié)構(gòu)非晶化。本發(fā)明利用陽離子表面活性劑具有親水陽離子頭基及疏水碳氫鏈的結(jié)構(gòu)，改變了Cr納米顆粒表面成分及結(jié)構(gòu)，提高Cr納米顆粒在陰極表面及還原金屬界面的兼容性，因此Cr納米顆粒在N1-Cr納米復合鍍層中的復合含量提高。
[0014]與未進行表面改性Cr納米顆粒相比，本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果如下:
[0015]1.本發(fā)明利用表面活性劑改變Cr納米顆粒表面的成分和結(jié)構(gòu)，以此來提高其在N1-Cr納米抗高溫氧化復合鍍層中的復合含量，能顯著提高N1-Cr納米復合電鍍層中Cr納米顆粒的復合量從1011^88%提高到301]^88%。
[0016]2.工藝簡單、成熟、成本低。由于利用表面活性劑對Cr納米顆粒在室溫下進行改性，不需要更多能源消耗，使用設(shè)備簡單，提高Cr納米顆粒的使用效率，不需要其它過多投資。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一個比較例的未電鍍過和未表面改性Cr納米顆粒的透射高分辨形貌。
[0018]圖2為本發(fā)明一個實施例的電鍍過并表面改性后Cr納米顆粒的透射高分辨形貌。
[0019]圖3為本發(fā)明一個實施例的表面改性后Cr納米顆粒光電子能譜Cr元素的分峰示意圖。圖中，橫坐標Bind Energy代表結(jié)合能(eV)，縱坐標Intensity代表強度。
[0020]圖4為本發(fā)明一個實施例的通過對Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的截面形貌。
[0021]圖5為本發(fā)明一個實施例的通過對Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的900 °C氧化3小時表面形貌。
[0022]圖6為與本發(fā)明一個實施例的通過對Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的900 0C氧化3小時截面形貌。
[0023]圖7為與本發(fā)明一個實施例的通過對Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的900 0C氧化3小時后的XRD結(jié)果。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例詳述本發(fā)明。
[0025]實施例1
[0026]本實施例中，利用表面活性劑對Cr納米顆粒進行改性，并進行復合電鍍N1-Cr納米復合鍍層的過程及結(jié)果實例作詳細說明。
[0027]其中，本實施例利用表面活性劑對Cr納米顆粒進行改性的過程為:
[0028]取購買的真空包裝的平均粒徑為40nm的Cr納米顆粒在NiSO4電鍍液中打開，圖1為未經(jīng)過電鍍及未經(jīng)表面改性的Cr納米顆粒的透射電鏡形貌，待納米顆粒完全浸入電鍍液后，為了讓納米顆粒在電鍍液中充分潤濕，室溫下采用攪拌棒在電解池中上下往復機械攪拌24小時，然后將顆粒撈出，放入蒸餾水配置的稀鹽酸(濃度為10wt%)中，靜置24小時。靜置過后將稀鹽酸中納米顆粒撈出，用蒸餾水清洗后撈出，放入具有陽離子表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨CTAB)的Ni S04電鍍液中靜置一段時間(90天)后待用，陽離子表面活性劑在NiSO4電鍍液中占250mg/L。
[0029]取純度99.96wt %的電解Ni板為基材，加工成15 X 10 X 2mm尺寸的小試樣塊，經(jīng)水磨砂紙磨至800#，在丙酮中超聲清洗;電鍍液采用檸檬酸鈉作為絡(luò)合劑的硫酸鹽鍍鎳液，成分如下:NiS04.6H20 50?200g/L，C6H5NaO7.2H20 110g/L，NaCl 10g/L，HB03 20g/L，其余為水;Cr納米顆粒與Ni共沉積過程中，采用板栗式裝置攪拌鍍液，以保證鍍液中納米顆粒在鍍液中均勻懸??；電鍍溫度為30°C，電流密度I = 3A/dm2，攪拌速度為180rpm。將改性過后的Cr納米顆粒加入電鍍液，與Ni共沉積得到的N1-Cr納米復合鍍層的Cr含量15mass %?32mass%。圖4為本發(fā)明一個實施例的通過對Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的截面形貌。
[0030]實施例2
[0031]本實施例中，比較了Cr納米顆粒改性前后表面成分及結(jié)構(gòu)的變化。取未電鍍過和未表面改性(圖1)、電鍍過并表面改性后(圖2)的而種不同狀態(tài)的Cr納米顆粒，比較二種不同狀態(tài)的Cr納米顆粒的表面形貌。圖3為表面改性后Cr納米顆粒光電子能譜Cr元素的分峰示意圖。二種Cr納米顆粒表面形貌及成分的比較具體如下:
[0032]圖1中所示未經(jīng)電鍍未經(jīng)表面改性的Cr納米顆粒呈中心為Cr外層為Cr2O3的殼層結(jié)構(gòu)；圖2經(jīng)過電鍍及表面改性的Cr納米顆粒表面的殼層的厚度未發(fā)生變化，原子排列結(jié)構(gòu)依然有序，但是成分發(fā)生變化。
[0033]實施例3
[0034]本實施例中，提供了Cr納米顆粒表面改性后電鍍得到的復合電鍍層的900°C氧化3小時表面形貌及截面形貌，具體以N1-15Cr納米復合鍍層為例。
[0035]本發(fā)明制備的N1-Cr納米復合鍍層由納米化結(jié)構(gòu)的Ni基和彌散分布其中的Cr納米金屬粒子組成，它在高溫氧化或腐蝕環(huán)境中，產(chǎn)生明顯的“納米效應”，根據(jù)鍍層中Cr含量不同能快速形成Cr2O3保護膜。N1-15Cr納米復合鍍層在900°C氧化3小時表面形貌及截面形貌如圖5和圖6所示，氧化膜連續(xù)致密。如圖7中N1-15Cr納米復合鍍層900 °C氧化3小時后表面的氧化膜完全是保護性的Cr2O3。
[0036]實施例結(jié)果表明，本發(fā)明利用表面活性劑改變Cr納米顆粒表面的成分和結(jié)構(gòu)，以此來提高其在N1-Cr納米抗高溫氧化復合鍍層中的復合含量，Cr納米顆粒在N1-Cr納米抗高溫氧化復合鍍層含量質(zhì)量分數(shù)從10%提高到20%以上，最高可達到32%，其工藝簡單、成熟，易于推廣。
【主權(quán)項】
1.一種提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:鍍液中Cr納米顆粒表面吸附表面活性劑，使Cr納米顆粒表面的化學成分與形貌發(fā)生變化，使Cr在N1-Cr納米復合鍍層的復合含量提高。2.按照權(quán)利要求1所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:利用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨CTAB或溴化十六烷基吡啶!PB對Cr納米顆粒進行改性，Cr納米顆粒的平均粒度為40nm。3.按照權(quán)利要求1所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:首先，利用稀HCl對Cr納米顆粒進行活化處理24小時；再將活化后的Cr納米顆粒置于有陽離子表面活性劑的電鍍液中浸泡90天，進行表面改性。4.按照權(quán)利要求3所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:稀HCl的濃度為1wt %，陽離子表面活性劑在電鍍液中占250mg/l。5.按照權(quán)利要求4所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:對Cr納米顆粒進行改性后，Cr納米顆粒的成分發(fā)生變化，陽離子表面活性劑的碳氫鏈吸附在Cr顆粒表面，一方面納米顆粒表面氧化被抑制，另一方面促進了鍍液中陽離子在顆粒表面的吸附。6.按照權(quán)利要求4所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:對Cr納米顆粒進行改性后，Cr納米顆粒表面形貌發(fā)生變化，顆粒表面氧化膜沒有明顯增厚，氧化膜的原子排列的無序化被抑制。7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的提高N1-Cr納米復合鍍層中Cr納米顆粒含量的方法，其特征在于:Cr納米顆粒在N1-Cr納米抗高溫氧化復合鍍層含量質(zhì)量分數(shù)為15%?32%。
【文檔編號】C25D15/00GK106087003SQ201610412131
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月13日 公開號201610412131.X, CN 106087003 A, CN 106087003A, CN 201610412131, CN-A-106087003, CN106087003 A, CN106087003A, CN201610412131, CN201610412131.X
【發(fā)明人】彭曉, 秦麗娟
【申請人】中國科學院金屬研究所