專利名稱：化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液及其鍍覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面化學(xué)沉積鎳-磷-二氧化鈦(Ni-P_Ti02)復(fù)合涂層制備方法，具 體地說(shuō)是通過(guò)化學(xué)鍍方法制備具有優(yōu)良耐磨、耐腐蝕及光催化性能的鎳-磷-二氧化鈦 Ni-P-Ti02功能涂層。
背景技術(shù)：
納米二氧化鈦Ti02在光的照射下通過(guò)把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，促進(jìn)化合物的合 成或使化合物的降解。納米二氧化鈦Ti02光催化材料光催化降解是一種高效的深 度氧化過(guò)程，它的優(yōu)點(diǎn)是光照后不發(fā)生光腐蝕，耐酸堿性好，耐高溫高壓，化 學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)生物無(wú)毒性；來(lái)源豐富，能隙較大，產(chǎn)生光生電子和空穴的電勢(shì) 電位高，有很強(qiáng)的氧化性和還原性，在有機(jī)合成、光解水、環(huán)境治理等領(lǐng)域顯示 廣闊的應(yīng)用前景。然而在納米二氧化鈦Ti(^的實(shí)際使用中，大多是采用懸浮體系， 納米二氧化鈦Ti02粉末催化劑存在著易失活、易團(tuán)聚和回收難等缺點(diǎn)，這也是納 米二氧化鈦Ti02在光催化降解有機(jī)污染物領(lǐng)域不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的重要原因。
化學(xué)復(fù)合沉積是通過(guò)向化學(xué)沉積液中加入具有特殊性能的惰性固體顆粒，使 之與基質(zhì)金屬共沉積，從而制備具有特殊性能的復(fù)合功能涂層。以鎳-磷(Ni-P) 合金作為復(fù)合涂層的基質(zhì)金屬發(fā)展最快。隨著對(duì)復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)，越來(lái)越多的金屬 和合金可用作復(fù)合涂層的基質(zhì)，用于復(fù)合沉積的不溶性顆粒也大大擴(kuò)展了。人們通過(guò) 在化學(xué)沉積液中加入不同的顆粒(A1A,、 SiC、 CaF2、石墨、PTFE等)獲得具有耐 腐蝕、耐磨損、自潤(rùn)滑、高硬度等功能性復(fù)合涂層。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決納米二氧化鈦Ti02光催化劑存在的易失活、易團(tuán)聚和回收難等問(wèn)題， 本發(fā)明提供一種化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液及其鍍覆方法。
化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液包括下列配比的化學(xué)原料
硫酸鎳15 30g/L、次亞磷酸鈉24g/L、乳酸30mL/L、丙酸3g/L、硼酸4. 5g/L、納米二氧化鈦2 8g/L、乙酸鉛2mg/L、十二烷基苯磺酸鈉50 200mg/L; 將上述化學(xué)原料溶于1L蒸餾水中，混合均勻即可。
化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液的鍍覆方法包括下述操作步驟
a. 配制鎳-磷(Ni-P)合金鍍液
按上述配方，除二氧化鈦和乙酸鉛外，取其它化學(xué)原料溶于820-900mL蒸餾水中，， 配制得化學(xué)沉積鎳-磷(Ni-P)合金鍍液；
b. 添加納米二氧化鈦顆粒
在納米二氧化鈦中加入100mL蒸餾水、乙酸鉛混合配制成懸濁液，超聲波振蕩O. 5h 后，添加到化學(xué)沉積鎳-磷(Ni-P)合金鍍液中，得復(fù)合涂層鍍液；
c. 在工件表面鍍覆復(fù)合涂層鍍液
調(diào)整復(fù)合涂層鍍液pH值4. 0 5.5，在溫度75 9(TC條件，施鍍時(shí)間2h，所得涂 層基體為鎳-磷(Ni-P)合金成分為磷％^3 11^%，余量為鎳，納米二氧化鈦復(fù)合量 "4. 70 11. 32wt%。
所述納米二氧化鈦的顆粒度為5 20nm;相結(jié)構(gòu)中，銳鈦礦型占>90%，余量為金紅 石型和非晶態(tài)。
本發(fā)明采用化學(xué)復(fù)合沉積技術(shù)，在鎳-磷(Ni-P)合金的化學(xué)鍍液中加入二氧化鈦 Ti02納米粒子，使其于基質(zhì)金屬同沉積，可以得到納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層。 基于納米粒子的特殊性，制得的復(fù)合鍍層會(huì)呈現(xiàn)出很多獨(dú)特的性能。將納米二氧化鈦 Ti02引入化學(xué)鍍液與鎳-磷Ni-P基體共沉積，制備鎳-磷Ni-P/納米二氧化鈦Ti02化學(xué) 復(fù)合鍍層，為納米二氧化鈦Ti02實(shí)際運(yùn)用提供了一種切實(shí)可行的負(fù)載方法。
本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在下述幾個(gè)方面
1、 本發(fā)明Ni-P-納米Ti02化學(xué)沉積液加入穩(wěn)定劑乙酸鉛較現(xiàn)有的納米化學(xué)復(fù)合沉 積液穩(wěn)定性高不易分解。
2、 本發(fā)明在鎳-磷(Ni-P)化學(xué)沉積液中加入納米二氧化鈦TiO"從而實(shí)現(xiàn)了納米 二氧化鈦Ti02的有效負(fù)載，與現(xiàn)有納米化學(xué)復(fù)合涂層相比，納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合 鍍層疊加了化學(xué)復(fù)合涂層光催化性能，紫外光照射5h甲基橙的降解率可達(dá)70.29%，與 納米二氧化鈦Ti02粉體的光催化性能大致相近。
3、 本發(fā)明針對(duì)Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合涂層，在化學(xué)沉積液中分別加入陰離子表 面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，克服了納米二氧化鈦Ti02在鍍液中的團(tuán)聚現(xiàn)象，使納米二氧化鈦Ti02在鍍層中均勻分散，Ni-P-Ti02光催化復(fù)合涂層中納米二氧化鈦TiC^復(fù)合 量相比較現(xiàn)有同類型納米化學(xué)復(fù)合鍍層均有大幅度提高復(fù)合量可達(dá)到11. 32wt%。
4、 本發(fā)明制備的納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層相比較基礎(chǔ)鍍液制備的鎳-磷 (Ni-P)化學(xué)鍍層，其硬度、耐磨及耐腐蝕性能得到大幅度提高，還具有光催化、自降
解的功能，從而保證納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層在光催化應(yīng)用領(lǐng)域更具實(shí)際應(yīng)用價(jià) 值。
5、 本發(fā)明制備的光催化涂層可以應(yīng)用在城市生活廢水處理和工業(yè)廢水中有機(jī)物的 降解上，很好的解決了常規(guī)二氧化鈦Ti02光催化劑難回收再利用的問(wèn)題。
具體實(shí)施方案
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩地說(shuō)明。
實(shí)施例1:
在45號(hào)鋼基體(30X20X3鵬)上制備鎳-磷Ni-P/納米二氧化鈦1102化學(xué)復(fù)合鍍層。
化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液包括下列配比的化學(xué)原料
硫酸鎳 25g/L
次亞磷酸鈉 24 g/L
乳酸 30ml/L
丙酸 3 g/L
硼酸 4.5 g/L
乙酸鉛 2 mg/L
十二烷基苯磺酸鈉 100 mg/L 納米二氧化鈦Ti02 8 g/L，
蒸餾水 1L。
采用上述復(fù)合涂層鍍液的鍍覆工藝包括下述操作步驟
a. 配制鎳-磷(Ni-P)合金鍍液
按上述配方，除二氧化鈦和乙酸鉛外，取其它化學(xué)原料溶于900mL蒸餾水中，配制 取得化學(xué)沉積鎳-磷(Ni-P)合金鍍液；
b. 添加納米二氧化鈦顆粒在納米二氧化鈦中加入100mL蒸餾水、乙酸鉛混合配制成懸濁液，超聲波振蕩O. 5h 后添加到化學(xué)沉積鎳-磷(Ni-P)合金鍍液中，得復(fù)合涂層鍍液； c.在工件表面鍍覆復(fù)合涂層鍍液
工件在化學(xué)沉積前先進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理過(guò)程主要包括工件打磨一水洗一化學(xué)除 油一水洗一酸洗一水洗一酸性活化一水洗。
沉積過(guò)程中，將工件懸掛于復(fù)合涂層鍍液中，調(diào)整復(fù)合涂層鍍液pH值5.0，在超生 分散型水浴鍋中開(kāi)始施鍍，同時(shí)在施鍍過(guò)程中使用電動(dòng)攪拌器攪拌，攪拌速度200r/min; 在溫度9(TC條件，施鍍時(shí)間2h，在45號(hào)鋼基體(30X20X3mm)工件上制得復(fù)合涂層 基體。
化學(xué)沉積后工件經(jīng)6(TC熱水反復(fù)清洗，干燥后即可。
復(fù)合鍍層基體中納米Ti02復(fù)合量采用EDS能譜儀測(cè)量；顯微硬度在MH-6型顯微硬 度計(jì)上測(cè)試，工作載荷50g;磨損試驗(yàn)在端面磨損試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定，釆用環(huán)盤狀試樣，對(duì) 磨環(huán)采用外徑24隱、內(nèi)經(jīng)16mm的45號(hào)鋼，RaO. 3，淬火+回火后硬度52冊(cè)C，載荷300N， 轉(zhuǎn)速100r/min，磨損時(shí)間30min，用電子分析天平稱量鍍層磨損前后質(zhì)量，通過(guò)磨損量 評(píng)價(jià)耐磨損性能；復(fù)合鍍層的光催化性能采用甲基橙作為模型化合物，以20mg/L為甲 基橙溶液為初始濃度，在464.8nm甲基橙的最大吸收波長(zhǎng)測(cè)定其吸光度，以甲基橙溶液 的脫色率衡量光催化性能，為便于比較，同時(shí)還測(cè)量了納米二氧化鈦Ti04分體的光催化 性能，納米二氧化鈦Ti02粉體的加入量為1.0g/L。
Ni-P/納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層中納米二氧化鈦Ti02復(fù)合量為11.32wt%，較現(xiàn)有同類 型納米化學(xué)復(fù)合鍍層中納米粒子復(fù)合量有較大提高。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層熱處理前顯微硬度為542.4Hv， 40(TC熱處理后顯微硬度為 946. 7Hv;鎳-磷(Ni-P)/納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層熱處理前顯微硬度為684. 7Hv， 400。C熱處理后顯微硬度為1198. 8Hv。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層磨損量為28.7mg，鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化鈦TiO,化學(xué) 復(fù)合鍍層磨損量為8. 7mg，本實(shí)施例中Ni-P/納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層的硬度和耐磨性能 均有較大的提高。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層對(duì)甲基橙幾乎沒(méi)有降解作用，鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化 鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層紫外光照射5h甲基橙的降解率可達(dá)70. 29%，與納米二氧化鈦Ti02粉體的光催化性能大致相近，但是鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層為納 米Ti02提供一種切實(shí)可行的負(fù)載方法。
實(shí)施例2:
1、鍍液組成
硫酸鎳 15g/L
次亞磷酸鈉 24 g/L
乳酸 30ml/L
丙酸 3 g/L
硼酸 4.5 g/L
乙酸鉛 2 mg/L
十二烷基苯磺酸鈉 50mg/L
納米二氧化鈦Ti02 2 g/L
蒸餾水 1L。
2、 本發(fā)明的工藝條件
攪拌速度 lOOr/min
溫度 75°C
pH值 4. 0
施鍍時(shí)間 2h。
3、 驗(yàn)證結(jié)果
Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層中納米Ti02復(fù)合量為4. 7wt%。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層熱處理前顯微硬度為542.4Hv， 40CTC熱處理后顯微硬度為 946.7Hv; Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層熱處理前顯微硬度為606. 7Hv， 40(TC熱處理后 顯微硬度為1018. 2Hv。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層磨損量為28.7mg，鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化鈦Ti02化學(xué) 復(fù)合鍍層磨損量為9. 6mg。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層對(duì)甲基橙幾乎沒(méi)有降解作用，Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層 紫外光照射5h甲基橙的降解率可達(dá)59. 39%。
其它同實(shí)施例1。實(shí)施例3:
1、 鍍液組成
硫酸鎳 30g/L
次亞磷酸鈉 24 g/L
乳酸 30ml/L
丙酸 3 g/L
硼酸 4. 5 g/L
乙酸鉛 2 mg/L
十二烷基苯磺酸鈉 200 mg/L
納米Ti02 8 g/L
蒸餾水 1L。
2、 本發(fā)明的工藝條件
攪拌速度 300r/min
溫度 90°C
pH值 5. 5
施鍍時(shí)間 2h。
3、 驗(yàn)證結(jié)果
Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層中納米Ti02復(fù)合量為9. 32wt%。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層熱處理前顯微硬度為542. 4Hv， 40(TC熱處理后顯微硬度為 946. 7Hv; Ni-P-納米Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層熱處理前顯微硬度為627. lHv， 40(TC熱處理后 顯微硬度為1102. 3Hv。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層磨損量為28.7mg，鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化鈦Ti02化學(xué) 復(fù)合鍍層磨損量為9. lmg。
鎳-磷(Ni-P)化學(xué)鍍層對(duì)甲基橙幾乎沒(méi)有降解作用，鎳-磷(Ni-P) /納米二氧化 鈦Ti02化學(xué)復(fù)合鍍層紫外光照射5h甲基橙的降解率可達(dá)63. 27%。
其它同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1、化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液，其特征在于包括下列配比的化學(xué)原料硫酸鎳15～30g/L、次亞磷酸鈉24g/L、乳酸30mL/L、丙酸3g/L、硼酸4.5g/L、納米二氧化鈦2～8g/L、乙酸鉛2mg/L、十二烷基苯磺酸鈉50～200mg/L；將上述化學(xué)原料溶于1L蒸餾水中，混合均勻即可。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液的鍍覆方法，其特征在于包括下述操作步驟a. 配制鎳-磷合金鍍液按上述配方，除二氧化鈦和乙酸鉛外，取其它化學(xué)原料溶于820-900mL蒸餾水中， 配制得化學(xué)沉積鎳-磷合金鍍液；b. 添加納米二氧化鈦顆粒在納米二氧化鈦中加入lOOmL蒸餾水、乙酸鉛混合配制成懸濁液，超聲波振蕩0. 5h 后，添加到化學(xué)沉積鎳-磷合金鍍液中，得復(fù)合涂層鍍液；c. 在工件表面鍍覆復(fù)合涂層鍍液調(diào)整復(fù)合涂層鍍液pH值4.0 5.5，在溫度75 9(TC條件，施鍍時(shí)間2h，所得涂 層基體為鎳-磷合金成分為磷％^3 11^%，余量為鎳，納米二氧化鈦復(fù)合量"4.70 11. 32wt%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液，其 特征在于所述納米二氧化鈦的顆粒度為5 20nm;相結(jié)構(gòu)中，銳鈦礦型占>90%，余量 為金紅石型和非晶態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及化學(xué)沉積鎳-磷-納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液及其鍍覆方法，解決納米二氧化鈦TiO₂光催化劑存在的易失活、易團(tuán)聚和回收難等問(wèn)題。本發(fā)明納米二氧化鈦光催化復(fù)合涂層鍍液包括下列化學(xué)原料硫酸鎳、次亞磷酸鈉、乳酸、丙酸、硼酸、納米二氧化鈦、乙酸鉛、十二烷基苯磺酸鈉。對(duì)工件進(jìn)行施鍍的工藝條件為復(fù)合涂層鍍液pH值4.0～5.5，在溫度75～90℃條件，施鍍時(shí)間2h。基于納米粒子的特殊性，制得的復(fù)合涂層會(huì)呈現(xiàn)出耐腐蝕、耐磨損、光催化、自降解和可再回收利用的功能。將納米二氧化鈦TiO₂引入化學(xué)鍍液與鎳-磷基體共沉積，制備Ni-P-納米TiO₂化學(xué)復(fù)合鍍層，為納米二氧化鈦TiO₂實(shí)際運(yùn)用提供了一種切實(shí)可行的負(fù)載方法。
文檔編號(hào)C23C18/31GK101457353SQ20091011600
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2009年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月5日
發(fā)明者單傳麗, 吳玉程, 霞 舒, 鄭玉春, 黃新民 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)