專利名稱：含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用金屬材料對材料的鍍覆，尤其是含有無機(jī)富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的各種復(fù)合鍍層，其中所含有的固體顆粒主要有碳化硅、金剛石、石墨以及層狀結(jié)構(gòu)的金屬硫化物(如硫化鎢和硫化鉬)，但是目前含有這些固體顆粒的復(fù)合鍍層在其耐磨性能、自潤滑性能、摩擦學(xué)性能對環(huán)境的穩(wěn)定性并不是十分理想。
傳統(tǒng)層狀結(jié)構(gòu)的過渡金屬硫化物(如硫化鎢和硫化鉬)作為潤滑劑已得到了廣泛的應(yīng)用，但由于其晶體邊緣不飽和的懸掛鍵具有化學(xué)活性，在摩擦過程中容易粘合到金屬的表面和被氧化，使摩擦學(xué)性能急劇降低。無機(jī)類富勒烯過渡金屬硫化物具有嵌套的類似于富勒烯碳的結(jié)構(gòu)，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。有關(guān)無機(jī)類富勒烯納米材料的基礎(chǔ)研究和摩擦學(xué)應(yīng)用研究的文獻(xiàn)主要有[1]R.Tenne，L.Margulis，M.Genut，G.Hodes，Nature，1992，360444[2]L.Margulies，G.Salitra，R.Tenne，M.Talianker，Nature，1993，365113[3]L.Rapoport，Y.Feldman，M.Homyonfer，et al.，Wear，1999，225975[4]L.Rapoport，M.Lvovsky，I.Lapsker，et al.，Wear，2001，249140-157[5]M.Chhowalla and G.A.J.Amaratunga.Nature，2000，407164[6]L Rapoport，Lvovsky M，LapskerI，et al.，Advance Eng.Mater.2001，3(1-2)71-75但是迄今為止有關(guān)用無機(jī)類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料制備具有高耐磨性能和低摩擦系數(shù)的復(fù)合鍍層的研究還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法，用化學(xué)鍍或電鍍制備得到一種不僅具有高耐磨性能，并具有低摩擦系數(shù)的復(fù)合鍍層。
本發(fā)明的技術(shù)方案是含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層是在鍍層中含有無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
采用化學(xué)鍍或電鍍，在化學(xué)鍍液和電鍍液中，含有1～35g/L的無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
方案一含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法采用化學(xué)鍍的方法，化學(xué)鍍?nèi)芤汉蜅l件如下硫酸鎳或氯化鎳10-35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鉀 0.5-35g/L鎢酸鈉0-70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0-100g/L乳酸 0-20mL/LpH4-14溫度 60-90℃直徑為50-500nm的無機(jī)類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬1-35g/L鍍覆時(shí)間 1-4小時(shí)用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調(diào)整溶液的pH值。
方案二含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法，采用電鍍的方法，電鍍?nèi)芤汉蜅l件如下硫酸鎳130-300g/L氯化鎳10-80g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸0-40g/L硫酸納20-90g/L溫度 15-80℃直徑為50-500nm的無機(jī)類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L陰極電流密度 1-10A/dm2時(shí)間 0.5-3小時(shí)同現(xiàn)有技術(shù)比較本發(fā)明具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)1)本發(fā)明的含有無機(jī)類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料的復(fù)合鍍層不僅具有高的耐磨性能，而且具有極低的摩擦系數(shù)。在同等測試條件下，其磨損量為Ni-P鍍層的1/5，是Ni-P-層狀WS2復(fù)合鍍層的1/3，是Ni-P-SiC復(fù)合鍍層的1/2；其摩擦系數(shù)只有0.03，而Ni-P鍍層、Ni-P-(2H-WS2)和Ni-P-SiC復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)分別為0.09、0.06、0.10。
2)本發(fā)明有化學(xué)鍍和電鍍的方法制備無機(jī)類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料復(fù)合鍍層的方法簡單，可以鍍覆在不同金屬零件表面上，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
3)這種上述具有高耐磨性能和極低摩擦系數(shù)的無機(jī)類富勒烯復(fù)合鍍層，可以延長金屬零件的使用壽命，并且降低能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)，因此在汽車、機(jī)械、化工、航空航天等工業(yè)部門具有廣泛的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1用化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機(jī)類富勒烯納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳22g/L，次亞磷酸鈉22g/L，乳酸6mL/L，醋酸鈉12g/L，pH＝5，溫度90℃，無機(jī)類富勒烯WS2納米材料6g/L，時(shí)間3小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有無機(jī)類富勒烯硫化鎢的Ni-P復(fù)合鍍層的磨損量分別是Ni-P鍍層的1/5、Ni-P-SiC鍍層的1/2，其摩擦系數(shù)為0.026-0.032，而Ni-P和Ni-P-SiC的摩擦系數(shù)為0.09-0.10和0.10-0.12。證明含有無機(jī)類富勒烯硫化鎢的Ni-P復(fù)合鍍層不僅具有高的耐磨性能，而且具有低的摩擦系數(shù)。
實(shí)施例2用化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機(jī)類富勒烯納米材料的Ni-W-P復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳25g/L，鎢酸鈉60g/L，次亞磷酸鈉23g/L，檸檬酸鈉95g/L，乳酸7mL/L，硫酸銨30g/L，pH＝9，溫度85℃，無機(jī)類富勒烯MoS2納米材料5g/L，時(shí)間2.5小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有無機(jī)類富勒烯硫化鎢的Ni-W-P復(fù)合鍍層的磨損量是一般層狀結(jié)構(gòu)硫化鎢Ni-W-P復(fù)合鍍層的1/3，其摩擦系數(shù)為0.027-0.031，而一般層狀結(jié)構(gòu)硫化鎢復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)為0.06-0.08。證明具有嵌套類富勒烯結(jié)構(gòu)硫化鎢Ni-P復(fù)合鍍層比一般層狀結(jié)構(gòu)硫化鎢的復(fù)合鍍層具有更高的耐磨性能和更低的摩擦系數(shù)。
實(shí)施例3用化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機(jī)類富勒烯納米材料的Ni-B復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下氯化鎳30g/L，硼氫化鉀0.9g/L，乙二胺55g/L，氫氧化鈉40g/L，pH＝14，溫度75℃，無機(jī)類富勒烯MoS2納米材料5g/L，時(shí)間3小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含有無機(jī)類富勒烯硫化鉬的Ni-B復(fù)合鍍層的磨損量分別是Ni-B鍍層的1/6、Ni-B-SiC鍍層的1/3，其摩擦系數(shù)為0.024-0.030，而Ni-B和Ni-B-SiC的摩擦系數(shù)為0.1和0.11。說明含有無機(jī)類富勒烯硫化鉬的Ni-B復(fù)合鍍層具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能。
實(shí)施例4鋁合金經(jīng)除油、堿性浸蝕和酸性浸蝕后，通過二次予浸鋅或浸鋅鎳合金，然后用化學(xué)鍍方法在其表面鍍覆無機(jī)類富勒烯硫化鎢納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層。化學(xué)鍍方法同實(shí)施例1。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋁合金表面無機(jī)類富勒烯硫化鎢Ni-P復(fù)合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5-1/6，其摩擦系數(shù)為0.03，而Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.11。
實(shí)施例5用電鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機(jī)類富勒烯納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層。電鍍?nèi)芤旱某煞趾筒倏v條件如下硫酸鎳200g/L，氯化鎳15g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硫酸鈉40g/L，溫度75℃，無機(jī)類富勒烯WS2納米材料15g/L，陰極電流密度2A/dm2，時(shí)間2小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無機(jī)類富勒烯硫化鎢的Ni-P復(fù)合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5～1/7，其摩擦系數(shù)為0.024-0.035，Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.1。
權(quán)利要求
1.含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層，其特征在于在鍍層中含有無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
2.含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于采用化學(xué)鍍或電鍍，在化學(xué)鍍液和電鍍液中，含有1～35g/L的無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于采用化學(xué)鍍的方法，化學(xué)鍍?nèi)芤汉蜅l件如下硫酸鎳或氯化鎳 10-35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鉀 0.5-35g/L鎢酸鈉 0-70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0-100g/L乳酸 0-20mL/LpH 4-14溫度 60-90℃直徑為50-500nm的無機(jī)類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L鍍覆時(shí)間 1-4小時(shí)用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調(diào)整溶液的pH值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于采用電鍍的方法，電鍍?nèi)芤汉蜅l件如下硫酸鎳 130-300g/L氯化鎳 10-80g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸 0-40g/L硫酸納 20-90g/L溫度 15-80℃直徑為50-500nm的無機(jī)類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L陰極電流密度 1-10A/dm2時(shí)間 0.5-3小時(shí)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有無機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法,是在鍍層中含有無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。采用化學(xué)鍍或電鍍,在化學(xué)鍍液和電鍍液中,含有1～35g/L的無機(jī)類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。本發(fā)明的復(fù)合鍍層不僅具有高的耐磨性能,而且具有更低的摩擦系數(shù)。在同等測試條件下,其磨損量為Ni－P鍍層的1/5,是Ni－P－層狀WS
文檔編號C25D3/54GK1332270SQ01122958
公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月18日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥, 徐鑄德, 陳文錄, 祁建琴, 甘海洋 申請人:浙江大學(xué)