[發明專利]兼具自潤滑和耐磨功能的復合鍍層及其制備方法與鍍液

在審

• 申請號: 202011635005.3
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112853416A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 王啟偉;陽穎飛;張鵬;朱勝;李衛
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: C25D3/56
• 分類號: C25D3/56;C25D15/00;C25D5/18;C25D5/34
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 何子睿

本發明提供一種兼具自潤滑和耐磨功能的復合鍍層及其制備方法與鍍液，該復合鍍層具有良好的耐磨性能、耐蝕性能及自潤滑性能；Ni鍍層具有良好的耐蝕性，向鍍層中引入細小彌散的SiC微粒，能夠顯著提高復合鍍層的硬度、耐磨性、耐蝕性等性能，并加入復配表面活性劑改善SiC微粉在鍍液中的分散性、減少團聚發生，使微粉均勻、穩定地分散；同時向鍍液體系中加入潤滑劑PTFE/MoS₂/石墨，能有效提高復合鍍層自潤滑性能，使鍍層具有減摩功效。本發明的復合鍍層能夠替代生產污染大的鍍鉻技術，有利于綠色無鉻技術發展。

技術領域

本發明屬于電鍍技術領域，具體涉及一種兼具自潤滑和耐磨功能的復合鍍層及其制備方法與鍍液。

背景技術

Ni-SiC復合鍍層具有較高的硬度，遠高于純鎳鍍層的硬度。SiC硬度很高，耐磨性很好，但其抗拉強度低，抗沖擊能力差，加工成型困難。通過復合電鍍把SiC粉體鑲嵌在鍍鎳層之中，可以克服上述缺點，保持并有效利用其耐磨的優點。然而，Ni-SiC復合電鍍層脆性高，與基體的結合性較差，容易脫落，影響復合鍍層的使用壽命。

Ni-P復合鍍層表面光滑、結晶細致、孔隙率低、化學穩定性高、耐腐蝕性能好、耐磨性能優良，廣泛應用于電子、化工、機械等工業領域中。此外Ni-P復合鍍液穩定性好，分散性好，鍍層內應力小，在某些方面的性能還高于鍍鉻層，可在一定條件下替代鍍鉻層，是綠色無鉻技術的潛力研究方向。Ni-P復合鍍層中的磷含量增加，會導致Ni-P合金中過飽和置換固溶體晶格發生畸變，產生固溶強化，而磷含量很高時，鍍層結構又會呈現為非晶態，硬度明顯下降，控制磷含量對Ni-P復合鍍層的性能有重要意義。

W在水溶液中不能單獨析出，在鐵族金屬(Fe、Co、Ni)存在的環境下，W可以與鐵族金屬發生誘導共沉積，因而Ni-W復合鍍層具有致密度高、熔點高、硬度高、耐熱性好等優點。在高溫環境下，Ni-W復合鍍層仍具有優良的耐磨性、抗氧化性、自潤滑性和耐腐蝕性能。但復合鍍層中W的質量分數超過25％時，鍍層脆性增加。

MoS₂、PTFE和石墨是常用潤滑劑。PTFE對改善鍍層的自潤滑效果優異，摩擦過程中產生的熱量使PTFE一定程度地膨脹，同時在擠壓的作用下能較均勻地分布于摩擦副接觸面，從而形成一層固體薄膜，發揮減摩效用，但當PTFE質量濃度較高時容易發生團聚現象，難以通過共沉積鑲嵌入復合鍍層。石墨和MoS₂微粒具有層狀結構，在摩擦學行為中表現出優良自潤滑性能,這些微粒摩擦過程中會在摩擦副間產生一層減摩膜,顯著降低摩擦系數并達到潤滑抗磨的目的，其中石墨能是復合鍍層的磨損機制由粘著磨損變為剝層磨損，而MoS₂還具備良好熱穩定性和化學穩定性，可用于高溫高壓環境的減摩耐磨器件。

脈沖電沉積技術操作簡便，能得到致密、均勻和導電率高的鍍層；降低鍍層的孔隙率，消除氫脆，增強鍍層的耐蝕性；在脈沖關斷期，Ni向陰極擴散，補充消耗的離子，均衡鍍液各處濃度，消除了濃度差，使下一個脈沖周期仍可保證相近陰極電流密度進行施鍍，降低鍍層的內應力，同時提高鍍層與金屬基體的結合力，增加鍍層厚度。

復合鍍液的配方中同時添加高硬度的SiC微粉和潤滑劑MoS₂/PTFE/石墨，在提高鍍層耐磨性能的同時，還可在摩擦過程中發揮減摩潤滑的效用，大大提高鍍件在往復摩擦環境中的工作壽命。作為第二相增強顆粒SiC和潤滑劑MoS₂/PTFE/石墨成本較低、獲取來源廣泛，適合大批量鍍件加工。

陰離子表面活性劑是表面活性劑中發展歷史最悠久、產量最大、技術最成熟的一類,成本低廉、效果明顯；而聚氧乙烯辛基苯酚醚是一類親水性的乳化劑，與陰離子表面活性劑復配具有更好的效果。復配表面活性劑在復合鍍液體系中，將懸浮在鍍液中的SiC和潤滑劑顆粒乳化包裹，增加這些具有高表面能的顆粒的親水性，顯著改善兩者的分散性，減少了在脈沖電沉積中的團聚現象。

發明內容