[發明專利]用化學鍍或電鍍工藝制備Ni-P-UFD復合鍍層的方法

無效

• 申請號: 201010284740.4
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN101967668A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 張競;李夢軻
• 申請（專利權）人: 遼寧師范大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C23C18/32
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及化學鍍或電鍍工藝技術、納米顆粒均勻分散技術、材料表面處理技術，特別是用化學鍍或電鍍工藝在各種工件和材料表面制備Ni-P-UFD(鎳-磷-超微金剛石)復合鍍層的方法。

背景技術

近20多年來，材料表面工程技術迅猛發展，各種功能性多元特種復合鍍層在生產中的應用日益廣泛，其應用領域涉及航空航天工程、電子工業、機械制造、儀器儀表制造、能源交通工程、信息和軍事工程等技術部門及領域，在材料和工件表面制備特種復合鍍層技術已成為材料表面改性的專門手段。隨著材料學相關技術的發展和進步，該領域的技術和工藝仍在不斷地發展創新。

用傳統的化學鍍或電鍍工藝方法制備的Ni-P非晶態合金鍍層具有較好的耐磨性和耐腐蝕性，其可焊性好、鍍層厚度均勻、外觀良好。工業上，Ni-P鍍層常作為功能性鍍層和絕緣體電鍍前的預鍍層，因該技術工藝過程不需要鉻的氰化物，工藝結果對環境污染較小，常用于金屬和無機非金屬粉體材料的表面處理。因Ni-P鍍層在后期熱處理過程中將發生晶化，產生強化相Ni₃P的析出等轉變，使Ni-P合金鍍層具有較好的耐磨性，可被廣泛用來代替高合金材料和硬鉻鍍層。傳統化學鍍或電鍍方法制備的Ni-P鍍層硬度一般為HV500-900，其抗拉強度一般在400～500MPa，為進一步提高其硬度和耐磨性能，以便將其應用于更多的特殊領域，目前世界范圍內主要采用在傳統的化學鍍或電鍍方法制備的Ni-P鍍層中添加復合硬質相而構成Ni-P復合材料鍍層，如在Ni-P鍍層中添加石墨、SiC、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等微粒開發高耐磨性Ni-P基復合材料鍍層工藝，這類Ni-P復合材料鍍層以高硬度、高耐磨及耐高溫等性能，具有比傳統的Ni-P鍍層更優異和更廣泛的應用前景。

爆轟法制備的超微金剛石兼備超硬材料和納米顆粒的雙重特性，近來在工業領域的應用越來越廣泛。利用化學鍍和電鍍兩種工藝，在Ni-P鍍層中加入超微金剛石第二相顆粒形成Ni-P-UFD復合材料，在被鍍件表面制備出Ni-P-UFD復合鍍層，將進一步改善傳統化學鍍或電鍍工藝制備Ni-P鍍層的耐磨特性和硬度，拓展Ni-P鍍層的應用領域和使用壽命，提高Ni-P鍍層的硬度和耐磨、抗拉、抗腐蝕特性，這項技術在刀具、研磨、潤滑、摩擦、化工、耐蝕的保護鍍層、裝飾等方面將會具有更廣泛的用途。但該項技術最關鍵的技術是如何將納米尺度的超微金剛石顆粒以溶膠的形式均勻分散在化學鍍和電鍍酸性或堿性溶液中，同時不破壞化學鍍和電鍍溶液的物理和化學特性，并在Ni-P鍍層沉積過程中，使UFD超微顆粒均勻分布其中，在Ni-P-UFD復合鍍層后續的熱處理過程中能順利實現Ni-P層的晶化與相轉變過程。

納米尺度的超微金剛石(UFD)顆粒直徑一般在5-20nm，純度在95％左右，在UFD的生產和用強酸處理提純工藝過程中，UFD顆粒表面原子被人為引入了大量的羧基和羰基官能團，使得這些UFD納米顆粒相互間具有較強的團聚作用，同時這些納米顆粒本身表面大量的懸掛鍵也會造成鍍液的化學物理性質產生變化，導致Ni-P復合鍍層工藝過程的急劇改變，影響化學鍍或電鍍工藝法制備Ni-P-UFD復合鍍層的物理特性。現有技術存在如下問題：在化學鍍或電鍍的高溫、強酸堿鍍液條件及鍍液中UFD納米顆粒相互間具有較強的團聚作用等因素影響下，化學鍍或電鍍工藝過程中易造成鍍液中的UFD納米顆粒團聚沉淀，同時UFD顆粒本身表面具有的大量懸掛鍵也易造成鍍液的化學物理性質產生變化，導致Ni-P復合鍍層工藝過程不穩定，UFD納米顆粒在Ni-P-UFD復合鍍層分布不均勻。

為解決現有技術存在的問題，必須開發新的方法和工藝，解決化學鍍或電鍍工藝過程中Ni-P-UFD復合鍍層的制備問題，拓展Ni-P-UFD復合鍍層的應用領域。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要研制一種用化學鍍或電鍍工藝制備Ni-P-UFD復合鍍層的方法，保證UFD納米顆粒能均勻添加到傳統化學鍍和電鍍溶液中，并能耐受住化學鍍或電鍍的高溫、強酸堿等條件，同時還要保證不產生沉淀和相分離，不破壞鍍液的物理化學性質，使制備出的Ni-P-UFD復合鍍層比傳統的Ni-P鍍層具有更高的硬度、耐磨性及耐高溫性能。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種用化學鍍或電鍍工藝制備Ni-P-UFD復合鍍層的方法包括以下步驟：