本發(fā)明涉及一種表面電鍍工藝及復(fù)合鍍層，尤其是涉及一種以非晶/納米晶Fe-Ni-P合金為基體的復(fù)合鍍層制備工藝。
背景技術(shù)：
非晶結(jié)構(gòu)上的特殊性(短程有序)，使得非晶材料與傳統(tǒng)金屬相比，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗腐蝕能力、化學(xué)活性等優(yōu)點(diǎn)。非晶材料在室溫變形時(shí)易誘發(fā)局域絕熱剪切帶形成單重剪切裂紋而突然斷裂失效，幾乎不展現(xiàn)宏觀的塑性變形特征，這極大地限制了非晶材料作為結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用。另一方面，非晶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其處于熱力學(xué)的亞穩(wěn)狀態(tài)，這也限制了非晶材料在較高溫度場合下的使用。因此，利用第二相強(qiáng)韌化原理，采用復(fù)合技術(shù)，在非晶材料中添加高硬度粒子（或纖維），使非晶合金的宏觀塑性、沖擊韌性得以提高，已在一些非晶材料中取得一定的成果。
復(fù)合電鍍是采用電化學(xué)方法使金屬（或合金）與固體微粒（或纖維）共沉積，鍍層中基體金屬和添加的固體微粒之間幾乎不發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象，因此兼有基體金屬和固體微粒的綜合性能。復(fù)合電鍍的技術(shù)適用性和實(shí)用性寬廣，具有較強(qiáng)的可變性和可操作性，應(yīng)用將日益廣泛。電刷鍍的基本原理與電鍍相同，無須鍍槽。刷鍍時(shí)使浸滿鍍液的鍍筆以一定的相對運(yùn)動(dòng)速度在被鍍表面上移動(dòng)，并保持一定的壓力，從而使金屬離子沉積在被鍍材料表面。電刷鍍具有設(shè)備簡單、工藝簡單、成本低、沉積速度快、適用范圍廣等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于零部件的表面強(qiáng)化和修復(fù)。因此，采用電刷鍍制備非晶/納米晶復(fù)合鍍層，充分發(fā)揮非晶基體和納米粒子的優(yōu)異性能，提高鍍層的耐磨性，節(jié)約材料，具有重要的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
Fe-Ni-P非晶合金具有高強(qiáng)、良好的耐磨和耐蝕等優(yōu)異性能，是復(fù)合鍍層理想的基體材料，VC1-x、TiC等晶粒長大抑制劑，具有很高的強(qiáng)度、硬度等特點(diǎn)，可抑制非晶基體高度局域剪切帶的形成，并可在晶化轉(zhuǎn)變時(shí)抑制晶粒的長大速度，降低加熱時(shí)間對非晶合金基體晶化轉(zhuǎn)變的敏感性，提高Fe-Ni-P非晶/納米晶基體材料制備工藝的可操作性。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種以非晶/納米晶Fe-Ni-P合金為基體，添加晶粒長大抑制劑作為第二相的復(fù)合鍍層制備工藝。
一種Fe-Ni-P合金基復(fù)合鍍層的制備工藝，解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案：所述復(fù)合鍍層的基體材質(zhì)為非晶/納米晶Fe-Ni-P合金，F(xiàn)e含量為復(fù)合鍍層的70-85wt%，Ni含量為復(fù)合鍍層的5-20wt%（優(yōu)選10-15wt%），P含量為復(fù)合鍍層的5-15wt%（優(yōu)選5-10wt%），所述復(fù)合鍍層中第二相為VC1-x、TiC等晶粒長大抑制劑，含量為復(fù)合鍍層的0-5wt%（優(yōu)選0.5-2wt%）。
本發(fā)明之復(fù)合鍍層的制備工藝，包括以下步驟：
（1）金屬被鍍表面的預(yù)處理；
（2）第二相粒子的活化；
（3）電刷鍍Fe-Ni-P非晶復(fù)合鍍層；
（4）復(fù)合鍍層部分晶化處理。
所述金屬被鍍表面預(yù)處理包括除銹、脫脂、活化過程，可采用化學(xué)或電化學(xué)方法；
所述的電刷鍍工藝參數(shù)為：電極的電流密度為0.2-1A/mm2，電極相對運(yùn)動(dòng)速度為5-20m/min（優(yōu)選10-15m/min），施鍍溫度為30-60℃，鍍液Ph值0.5-2；
所述復(fù)合電鍍液組成為；亞鐵鹽2-3.5mol/L，可溶性鎳鹽0.2-0.5mol/L，硼酸30-50g/L，第二相粒子5-25g/L，次磷酸鈉或亞磷酸0.1-0.5mol/L，羧酸0.1-0.3mol/L，還原劑0.5-2g/L，絡(luò)合劑0.5-5g/L；
所述絡(luò)合劑包括：酒石酸、檸檬酸鹽、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉等；
所述Fe-Ni-P非晶復(fù)合鍍層部分晶化轉(zhuǎn)變工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)變溫度300-330℃，加熱時(shí)間0.2-0.5h。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.與真空鍍法、液態(tài)急冷法等方法制備非晶材料相比，電鍍法具有設(shè)備投資少、鍍液成分簡單，穩(wěn)定性高，壽命較長，原材料利用率高等特點(diǎn)，而與內(nèi)生復(fù)合法（鑄造類）制備非晶復(fù)合材料相比，能源消耗更少、組織更均勻；
2. 相比常規(guī)電鍍而言，鍍液中金屬離子含量高，同時(shí)兩電極間有相對遠(yuǎn)動(dòng)故允許使用較高的電流密度，所以鍍積速度更快；
3.利用VC、TiC等高硬、高強(qiáng)抑制非晶變形時(shí)單一剪切帶的滑移，促使多重剪切帶的產(chǎn)生和滑移，提高非晶復(fù)合鍍層的宏觀塑性和沖擊韌性，同時(shí)也增強(qiáng)復(fù)合鍍層的耐磨性；同時(shí)VC、TiC等也是一種高效的晶粒長大抑制劑，可在抑制晶化轉(zhuǎn)變后晶粒的長大速度，降低加熱溫度和時(shí)間對晶化轉(zhuǎn)變的敏感性，提高其晶化轉(zhuǎn)變工藝的可操作性和可控性；
4.可通過調(diào)整電鍍液主要成分的濃度配比，獲得不同成分的復(fù)合鍍層，滿足不同場合的性能要求；
5.通過晶化轉(zhuǎn)變，使Fe-Ni-P非晶合金內(nèi)生轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?納米Fe-Ni-P合金，提升了非晶/納米結(jié)構(gòu)之間的相互協(xié)調(diào)與匹配，使復(fù)合鍍層內(nèi)應(yīng)力降低，可進(jìn)一步抑制非晶的高度局域化剪切帶的形成，提高復(fù)合鍍層的沖擊韌性和綜合性能；
6.可通過調(diào)整晶化轉(zhuǎn)變的工藝參數(shù)，獲得由不同非晶/納米晶組成比例構(gòu)成的Fe-Ni-P合金基體，從而調(diào)整復(fù)合鍍層的性能，滿足不同場合的性能要求；
7. 該電鍍液配方不含氰化物、六價(jià)鉻、鎘等有毒物質(zhì)、從而降低電鍍液回收處理的成本和難度，可實(shí)現(xiàn)綠色生產(chǎn)；
8. 電刷鍍具有設(shè)備與工藝簡單，尤其對于大型、精密設(shè)備的現(xiàn)場不解體修復(fù)更具有實(shí)用價(jià)值。電刷鍍可采用不同型號的鍍筆，并配有形狀不同、大小不一的不溶陽極，對各種不同幾何形狀及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件都可修復(fù)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1非晶/納米晶Fe-Ni-P合金/VC復(fù)合鍍層的制備
非晶/納米晶Fe-Ni-P合金/VC復(fù)合鍍層，所述復(fù)合鍍層的基體材質(zhì)為非晶/納米晶Fe-Ni-P合金，F(xiàn)e含量為復(fù)合鍍層的82.2wt%，Ni含量為復(fù)合鍍層的8.9wt%，P含量為復(fù)合鍍層的7.3wt%，所述復(fù)合鍍層中VC含量為復(fù)合鍍層的1.6 wt%。
其電鍍工藝，包括以下步驟：
（1）被鍍金屬表面的預(yù)處理：鍍材選用45號鋼板，被鍍表面先后經(jīng)機(jī)械加工，然后在超聲波清洗機(jī)采用20wt%氫氧化鈉溶液以去油脂，最后，采用12wt%鹽酸溶液去除被鍍表面的氧化膜，活化金屬表面；
（2）固體微粒的活化處理：將400目VC微粒加入到25wt%的鹽酸溶液清洗備用；
（3）復(fù)合電鍍液組成為：硫酸亞鐵2mol/L，硫酸鎳0.4mol/L，硼酸35g/L、十二烷基苯磺酸鈉1.5g/L、酒石酸0.3g/L，VC10g/L、次磷酸鈉0.2mol/L、乙酸0.2mol/L，碘化鉀0.5g/L，滴定鹽酸至pH值至1.5；
（4）復(fù)合鍍層的制備：陽極采用平板石墨，電極的電流密度為0.4 A/mm2，電極相對運(yùn)動(dòng)速度為8 m/min，施鍍溫度為45-50℃；
（5）復(fù)合鍍層的后處理：將被鍍產(chǎn)品在溫度310℃下保溫0.3 h，使非晶Fe-Ni-P合金基體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?納米晶Fe-Ni-P合金基體。
實(shí)施例2
本實(shí)施例之非晶/納米晶Fe-Ni-P合金//TiC復(fù)合鍍層，所述復(fù)合鍍層的基體材質(zhì)為非晶/納米晶Fe-Ni-P合金，F(xiàn)e含量為復(fù)合鍍層的79.6wt%，Ni含量為復(fù)合鍍層的10.7wt%，P含量為復(fù)合鍍層的8.5wt%，所述復(fù)合鍍層中TiC含量為復(fù)合鍍層的1.2wt%。
其電鍍工藝，包括以下步驟：
（1）電鍍表面的預(yù)處理：鍍材選用Q235號鋼板，首先經(jīng)銑、磨、研磨加工被鍍表面，然后，采用20wt%氫氧化鈉溶液清洗去油脂，最后，采用12wt%鹽酸溶液去除被鍍表面的氧化膜，活化金屬表面；
（2） 微粒的活化處理：將400目的TiC微粒加入到25wt%的鹽酸溶液中，加熱至65℃處理30min，清洗備用；
（3）復(fù)合電鍍液組成：氯化亞鐵0.4mol/L，硫酸亞鐵0.6mol/L，硫酸鎳0.5mol/L，硼酸30g/L，十二烷基苯磺酸鈉0.8g/L，TiC8g/L，乙酸0.15mol/L，次磷酸鈉0.35mol/L，抗壞血酸1g/L，再加入鹽酸調(diào)節(jié)pH值至1.5；
（4）復(fù)合鍍層的制備：陽極采用平板石墨，電極板電流密度為0.6A/mm2，施鍍溫度為45-50℃；
（5）復(fù)合鍍層的后處理：將被鍍產(chǎn)品在溫度315℃下保溫0.2 h，，使非晶Fe-Ni-P合金基體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?納米晶Fe-Ni-P合金基體。