專利名稱：低應力、抗磨減摩梯度Ni－Co納米合金鍍層的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種低應力、抗磨減摩梯度Ni-Co納米合金鍍層的制備方法。
背景技術：
納米晶材料與常規(guī)晶體材料相比具有一系列獨特的物理化學性能，已作為一類先進材料而受到了科學界和工業(yè)界的廣泛關注。納米合金作為納米材料的一類重要類型，逐步成為許多工業(yè)應用的理想選擇。納米合金的制備方法有多種，其中電沉積法具有設備簡單、能耗低、沉積溫度低、易操作和成本低等優(yōu)點。對納米合金晶粒尺寸和應力間的關系研究表明，納米合金鍍層在電結晶過程中會產生很高的內應力，會引起鍍層的剝落和開裂，從而對納米合金鍍層的耐蝕性，疲勞強度，耐磨性以及磁性都會產生較大的影響。尤其是在電鑄工業(yè)中，制備低應力甚至零應力的厚層納米合金鍍層具有重要的使用價值和應用前景，因此厚沉積層中較高的內應力是電沉積法制備納米合金材料的一個障礙。目前，隨著工件表面抗磨鍍層的不斷發(fā)展，要求鍍層同時具有較好的抗磨性和減摩效果，以減小對摩擦配副的磨損損失。作為耐磨性表面使用的各種鍍層如果存在較高的內應力，將會顯著降低鍍層的使用壽命。因此制備低應力，抗磨減摩的納米材料逐漸成為了人們研究的熱點和難點。Ni-Co合金由于具有良好的耐蝕性，美觀的顏色以及良好的耐磨性和優(yōu)異的磁性等，而廣泛用作裝飾性，功能防護性鍍層以及磁性材料。另外由于其較好的力學性能而廣泛用作電鑄模具材料。但是，目前國內外關于針對厚層納米鎳鈷合金鍍層內應力大、結合強度低、抗磨減摩性能差等問題的相關研究較少。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種較厚的梯度鎳鈷納米合金鍍層的制備方法，通過控制合金中組成含量的梯度變化，使梯度層具有相應的結構和性能梯度。從而解決納米合金鍍層內應力大，功能單一的問題。制備出同底材結合強度高、具有優(yōu)異抗磨減摩性能的梯度Ni-Co內米合金鍍層。
本發(fā)明的目的是通過以下措施實現(xiàn)的一種低應力、抗磨減摩梯度Ni-Co內米合金鍍層的制備方法，其特征在于采用電沉積法制備，電解液由硫酸鎳，氯化鈉，硼酸，氯化鈷和糖精酸鈉組成；電沉積時純鎳片為陽極，將經過常規(guī)鍍前預處理后的鋼鐵、銅金屬工件作陰極，控制施鍍溫度在40～45℃，電解液pH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2；沉積過程中通過逐漸增加電解液中氯化鈷的濃度和控制相應的沉積時間電解液中氯化鈷濃度(g/L)電沉積時間(min)0 302 301030
20 3040 3080 90即可一次性沉積出厚度超過150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
本發(fā)明每升電解液中含有190-210克硫酸鎳，19-21克氯化鈉，28-32克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。
本發(fā)明制備出的梯度Ni-Co內米合金鍍層結構致密均勻，表面平整，表面達到了鏡面光亮的效果。合金鍍層平均晶粒尺寸在16-24nm，梯度合金鍍層沿厚度方向，Co含量從0wt.％緩慢增加到81wt.％。梯度Ni-Co合金鍍層相結構由面心立方結構(FCC)逐步過渡到密排六方結構(HCP)。梯度納米合金鍍層的內應力較均質單層富鈷合金鍍層降低10～14倍。干摩擦磨損試驗表明，梯度納米合金鍍層的抗磨性較納米Ni和低鈷合金鍍層降低4-6倍，摩擦系數(shù)降低2倍左右(保持在0.20～0.26)。本發(fā)明在鋼鐵，銅等工件表面鍍覆厚梯度Ni-Co內米合金鍍層工藝穩(wěn)定，操作簡單，投資小。制備出的梯度Ni-Co納米合金鍍層既有較高的抗磨性，同時具有良好的減摩性能。因此適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件，如要求耐磨與潤滑的汽車發(fā)動機等零部件。同時其較低的內應力有望使其進一步應用于精密合金電鑄生產。


圖1是本發(fā)明梯度鎳鈷納米合金鍍層斷面的成分梯度分布。
圖2是本發(fā)明梯度鎳鈷納米合金鍍層摩擦系數(shù)曲線。
具體實施例方式
實施例1以純鎳片作陽極，待處理工件作陰極。電沉積梯度Ni-Co納米合金鍍層的溶液組成如下每升電解液中含200克硫酸鎳，20克氯化鈉，30克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。將施鍍溫度維持在40～45℃，鍍液PH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2。將經過常規(guī)化學除油，酸性活化后的鋼鐵，銅金屬工件，按上述鍍液成分和工藝條件下進行電沉積，沉積過程中按照表1所示的工藝逐漸增加鈷鹽濃度和控制相應的沉積時間(見表1)，即可在工件上一次性沉積出厚度大于150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
表1梯度Ni-Co納米合金鍍層電沉積控制條件

權利要求
1.一種低應力、抗磨減摩梯度Ni-Co納米合金鍍層的制備方法，其特征在于采用電沉積法制備，電解液由硫酸鎳，氯化鈉，硼酸，氯化鈷和糖精酸鈉組成；電沉積時純鎳片為陽極，將經過常規(guī)鍍前預處理后的鋼鐵、銅金屬工件作陰極，控制施鍍溫度在40～45℃，鍍液PH值3～4.5，電流密度3～5A/dm2；沉積過程中通過逐漸增加電解液中氯化鈷的濃度和控制相應的沉積時間電解液中氯化鈷濃度(g/L) 電沉積時間(min)0 302 3010 3020 3040 3080 90即可一次性沉積出厚度超過150μm的梯度Ni-Co納米合金鍍層。
2.如權利要求1所說的方法，其特征在于每升電解液中含有190-210克硫酸鎳，19-21克氯化鈉，28-32克硼酸，0～80克氯化鈷和1～4克糖精酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低應力、抗磨減摩梯度Ni－Co納米合金鍍層的制備方法。主要是針對目前制備的厚層納米合金鍍層內應力大、結合強度低、抗磨減摩性能差等問題而發(fā)明的。本發(fā)明采用電沉積方法，在含硫酸鎳和氯化鈷的基礎電解液中，通過逐漸增加電解液中鈷鹽的濃度和控制相應的電沉積時間制備出結構致密，表面平整，與底材結合牢固，鈷含量呈明顯梯度變化的梯度Ni－Co納米合金鍍層。其優(yōu)點在于制備出的梯度合金鍍層所具有的成分和結構梯度有效地降低了厚鍍層的內應力，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨和減摩性能。因此適用于同時要求高耐磨和良好減摩性的部件，同時有望應用于精密合金電鑄生產。
文檔編號C25D3/56GK1766173SQ20041009021
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權日2004年10月26日
發(fā)明者徐洮, 王立平, 薛群基 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所