金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，首先對(duì)金屬表面進(jìn)行機(jī)械除銹，然后使用堿液對(duì)金屬表面清洗，然后再使用超聲波對(duì)金屬表面進(jìn)行除油，除油完畢后使用清水對(duì)金屬表面進(jìn)行清洗，再使用HCl對(duì)金屬表面進(jìn)行活化處理，最后再用清水清洗獲得基件；然后在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層，將納米分散液添加到化學(xué)鍍鎳磷溶液中，在超聲波中攪拌并通入空氣得到納米復(fù)合鍍液；然后把納米復(fù)合鍍液加熱，將處理后的基件浸入納米復(fù)合鍍液中進(jìn)行施鍍，取出鍍件，用自來(lái)水反復(fù)清洗，自然晾干，即完成在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層。得到的鍍層結(jié)構(gòu)致密，顯著提高金屬表面的耐磨和防腐蝕性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料表面改性新材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]腐蝕與磨損是金屬材料零部件失效的一個(gè)重要原因，從而導(dǎo)致金屬材料及能源的浪費(fèi)。通過(guò)化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)可以使機(jī)械設(shè)備零部件表面達(dá)到減磨、抗腐蝕目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)材的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。超微粉化學(xué)復(fù)合鍍就是在普通化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入第二相超微粉顆粒以得到具有優(yōu)異性能復(fù)合鍍層的一種表面處理技術(shù)，由于該方法，具有工藝簡(jiǎn)單、鍍層均勻、性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在航空、汽車(chē)、食品工業(yè)等方面得到廣泛的研究。目前為了提高金屬表面防腐能力、表面硬度以及表面耐磨性，常采用鍍鉻、滲碳等工藝方法，采用這些工藝得到金屬表面特性仍不盡人意。為了提高金屬表面防腐和耐磨性，專(zhuān)利CN101545104 A在鐵基上N1-P-納米Si02、45#中碳鋼基體上N1-P-納米SK) 2、銅基體上C O~B —納米Zr 02制備出納米顆?；瘜W(xué)復(fù)合鍍層，專(zhuān)利CN101851751 B在錦綸織物表面制備納米氮化硅復(fù)合鎳磷鍍層。未見(jiàn)使用納米金剛石作為載體進(jìn)行化學(xué)復(fù)合鍍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為克服上述的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種在金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，在保持普通化學(xué)鍍的基礎(chǔ)上，解決了普通化學(xué)鍍鎳磷耐磨和防腐性能較差的問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方法是:一種金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其工藝步驟是:
第一步:金屬表面預(yù)處理，首先對(duì)金屬表面進(jìn)行機(jī)械除銹，然后使用濃度為30%的NaOH堿液在30°C的溫度下對(duì)金屬表面清洗40min，然后再使用超聲波對(duì)金屬表面進(jìn)行除油，除油完畢后使用清水對(duì)金屬表面進(jìn)行清洗，再使用濃度為10%的HCl對(duì)金屬表面進(jìn)行I~2min的活化處理，最后再用清水清洗獲得結(jié)合力好的基件；
第二步:在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層，按重量比0.5%的比例將納米分散液添加到化學(xué)鍍鎳磷溶液中，在超聲波中攪拌并通入干凈的空氣得到納米復(fù)合鍍液；然后把納米復(fù)合鍍液加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80~90°C時(shí)，將步驟I處理后的基件浸入納米復(fù)合鍍液中進(jìn)行施 鍍60~80min，取出鍍件，用自來(lái)水反復(fù)清洗，自然晾干，即完成在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層。
[0005]所述第一步中除銹采用WlO砂紙。
[0006]所述第二步中化學(xué)鍍鎳磷溶液由質(zhì)量一體積濃度為25~30g/L的硫酸鎳，25~30 g /L的次磷酸氫鈉，25ml/L的乳酸，5g/L的硼酸，10g/L的乙酸鈉，0.lg/L的聚乙二醇，I mg/L的碘化鉀，lmg/L硫尿，5mg/L的十二烷基硫酸鈉混合后溶于去離子蒸懼水制得,然后用50%氨水或10%硫酸調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為4.7~5。[0007]所述第二步中納米分散液由0.05mg金剛石粉或碳化鈦粉和IOml蒸餾水在燒杯中混合，并滴加I滴濃度為10%的N a OH溶液，把燒杯放入頻率為50KHZ，功率為100W條件下超聲波振蕩器振動(dòng)20min，最后制得金剛石微粉分散好的納米分散液。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:第一步中采用WlO砂紙能夠去除金屬表面的氧化物，保證鎳磷層有良好的附著力，提高鍍層與金屬基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，采用超聲波除油能夠粗化金屬表面，保證鎳磷鍍層有良好的附著力，提高基體金屬與復(fù)合鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，采用10%HC1能夠活活化基體，去除金屬表面的氧化物，防止鍍層結(jié)合力不良，能夠在普通碳鋼、中碳鋼、Grl5表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝方法，用超聲振蕩充分分散納米金剛石顆粒，然后分別將其添加到鍍鎳液中，使得納米金剛石顆粒在鍍鎳液中穩(wěn)定分散，得到的鍍層結(jié)構(gòu)致密，顯著提高金屬表面的耐磨和防腐蝕性能。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為金屬表面鍍鎳磷的掃描電鏡照片；
圖2是本發(fā)明金屬表面納米金剛石顆粒鍍鎳鍍層的電鏡掃描(SEM)圖；
圖3是本發(fā)明的金屬表面納米金剛石顆粒化學(xué)鍍鎳磷鍍層的XRD頻譜圖；
圖4是圖3鍍層各成分的含量表。
[0010]【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0011]參見(jiàn)圖1~圖3，一種金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其工藝步驟是:
第一步:金屬表面預(yù)處理，首先對(duì)金屬表面進(jìn)行機(jī)械除銹，然后使用濃度為30%的NaOH堿液在30°C的溫度下對(duì)金屬表面清洗40min，然后再使用超聲波對(duì)金屬表面進(jìn)行除油，除油完畢后使用清水對(duì)金屬表面進(jìn)行清洗，再使用濃度為10%的Hcl對(duì)金屬表面進(jìn)行I~2min的活化處理，最后再用清水清洗獲得結(jié)合力好的基件；
第二步:在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層，按重量比0.5%的比例將納米分散液添加到化學(xué)鍍鎳磷溶液中，在超聲波中攪拌并通入干凈的空氣得到納米復(fù)合鍍液；然后把納米復(fù)合鍍液加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80~90°C時(shí)，將步驟I處理后的基件浸入納米復(fù)合鍍液中進(jìn)行施鍍60~80min，取出鍍件，用自來(lái)水反復(fù)清洗，自然晾干，即完成在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層。
[0012]所述第一步中除銹采用WlO砂紙。
[0013]所述第二步中化學(xué)鍍鎳磷溶液由質(zhì)量一體積濃度為25~30g/L的硫酸鎳，25~30 g /L的次磷酸氫鈉，25ml/L的乳酸，5g/L的硼酸，10g/L的乙酸鈉，0.lg/L的聚乙二醇，I mg/L的碘化鉀， lmg/L硫尿，5mg/L的十二烷基硫酸鈉混合后溶于去離子蒸懼水制得,然后用50%氨水或10%硫酸調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為4.7~5。
[0014]所述第二步中納米分散液由0.05mg金剛石粉或碳化鈦粉和IOml蒸餾水在燒杯中混合，并滴加I滴濃度為10%的N a OH溶液，把燒杯放入頻率為50KHZ，功率為100W條件下超聲波振蕩器振動(dòng)20min，最后制得金剛石微粉分散好的納米分散液。
[0015]實(shí)施例1:在鐵基體上施鍍復(fù)合鍍層N1-P:選用稱(chēng)取濃度為27g/L的硫酸鎳，濃度為30 g /L的次磷酸氫鈉,乳酸25ml/L,硼酸5 g /L,乙酸鈉10 g /L,聚乙二醇0.lg/L,碘化鉀lmg/L，硫尿lmg/L，十二烷基硫酸鈉5mg/L，混合后溶于去離子蒸餾水制備得到化學(xué)鍍鎳磷溶液，用50%氨水調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為5，加熱到80°C，把處理好的鍍件放入鍍液中施鍍，約65 min后取出鍍件，用自來(lái)水反復(fù)清洗，自然晾干。獲得鍍層均勻、光亮的鍛件。
[0016] 實(shí)例2在45 #碳鋼基體上施鍍復(fù)合鍍層N1-P-納米金剛石，進(jìn)行附著力測(cè)試:分別置于10%NaCl溶液中48h，進(jìn)行耐腐蝕性測(cè)試，首先選用稱(chēng)取30 g /L的硫酸鎳，30 g /L的次磷酸氫鈉，硼酸5 g /L，乙酸鈉10 g /L，聚乙二醇0.lg/L，穩(wěn)定劑lmg/L，十二烷基硫酸鈉5mg/L，混合后溶于去離子蒸餾水制備得到化學(xué)鍍鎳磷溶液；按0.5%的比例，選用50nm金剛石粉，用超聲波振蕩器振動(dòng)加熱20min，并通入空氣進(jìn)行攪拌，倒入化學(xué)鍍鎳磷溶液中，用50%氨水調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為5，加熱到85°C，放入鍍件進(jìn)行施鍍，80min后取出，放在自來(lái)水下沖洗干凈并自然晾干。結(jié)果:納米金剛石顆粒分布均勻，選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度測(cè)試，平均值為509HVa2，刻ImmX Imm方塊，不見(jiàn)有脫落，說(shuō)明附著力好；經(jīng)48 h耐腐蝕試驗(yàn),鍍件表面無(wú)腐蝕痕跡。
[0017]實(shí)例3在Grl5基體上施鍍復(fù)合鍍層N1-P-納米金剛石，600°C X Ih退火、水淬、2000C Xlh回火處理，檢驗(yàn)附著力，并進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，采用稱(chēng)重法對(duì)比磨損量:選用稱(chēng)取30 g /L的硫酸鎳，30 g /L的次磷酸氫鈉，硼酸5 g /L，乙酸鈉10 g /L，聚乙二醇0.1g/L,穩(wěn)定劑lmg/L,十二烷基硫酸鈉5mg/L,混合后溶于去離子蒸懼水制備得到化學(xué)鍍鎳磷溶液；按0.5%的比例，選用50nm金剛石粉，用超聲波振蕩器振動(dòng)加熱20min，并通入空氣進(jìn)行攪拌，倒入化學(xué)鍍鎳磷溶液中，用濃度為50%的氨水調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為4.8，加熱到80°C，放入鍍件進(jìn)行施鍍，SOmin后取出，用自來(lái)水下沖洗干凈并晾干后放入熱處理爐中，進(jìn)行600°C Xl h的熱處理，取出后立即水中淬火后，之后進(jìn)行200°C Xl h回火，隨爐冷后取出；鍍件放置PMJ-1型磨耗儀上載荷19.6N下進(jìn)行20次預(yù)磨試驗(yàn)，稱(chēng)取4次的質(zhì)量變化結(jié)果，質(zhì)量變化按公式^0?-!?) X 1000/n計(jì)算。結(jié)果:鍍件表面的分布納米金剛石顆粒更加細(xì)化；刻ImmX Imm方塊，不見(jiàn)有脫落；選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行硬度測(cè)試，表面硬度909HVa2;磨損量合符GB3960-83。
[0018]第一步中采用WlO砂紙能夠去除金屬表面的氧化物，保證鎳磷層有良好的附著力，提高鍍層與金屬基體表面的結(jié)合強(qiáng)度，采用超聲波除油能夠粗化金屬表面，保證鎳磷鍍層有良好的附著力，提高基體金屬與復(fù)合鍍層的結(jié)合強(qiáng)度，采用10%HC1能夠活活化基體，去除金屬表面的氧化物，防止鍍層結(jié)合力不良，能夠在普通碳鋼、中碳鋼、Grl5表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝方法，用超聲振蕩充分分散納米金剛石顆粒，然后分別將其添加到鍍鎳液中，使得納米金剛石顆粒在鍍鎳液中穩(wěn)定分散，得到的鍍層結(jié)構(gòu)致密，顯著提高金屬表面的耐磨和防腐蝕性能。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其特征在于工藝步驟是: 第一步:金屬表面預(yù)處理，首先對(duì)金屬表面進(jìn)行機(jī)械除銹，然后使用濃度為30%的NaOH堿液在30°C的溫度下對(duì)金屬表面清洗40min，然后再使用超聲波對(duì)金屬表面進(jìn)行除油，除油完畢后使用清水對(duì)金屬表面進(jìn)行清洗，再使用濃度為10%的HCl對(duì)金屬表面進(jìn)行1~2min的活化處理，最后再用清水清洗獲得結(jié)合力好的基件； 第二步:在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層，按重量比0.5%的比例將納米分散液添加到化學(xué)鍍鎳磷溶液中，在超聲波中攪拌并通入干凈的空氣得到納米復(fù)合鍍液；然后把納米復(fù)合鍍液加熱，當(dāng)溫度達(dá)到80~90°C時(shí)，將步驟I處理后的基件浸入納米復(fù)合鍍液中進(jìn)行施鍍60~80min，取出鍍件，用自來(lái)水反復(fù)清洗，自然晾干，即完成在金屬表面制備金剛石粉或碳化鈦粉復(fù)合鎳磷鍍層。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其特征在于所述第一步中除銹采用WlO砂紙。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其特征在于所述第二步中化學(xué)鍍鎳磷溶液由質(zhì)量一體積濃度為25~30g/L的硫酸鎳，25~30 g /L的次磷酸氫鈉，25ml/L的乳酸，5g/L的硼酸，10g/L的乙酸鈉，0.lg/L的聚乙二醇，I mg/L的碘化鉀，lmg/L硫尿,5mg/L的十二烷基硫酸鈉混合后溶于去離子蒸懼水制得,然后用50%氨水或10%硫酸調(diào)節(jié)化學(xué)鍍鎳磷溶液的PH值為4.7~5。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬表面制備納米金剛石復(fù)合鎳磷鍍層的工藝，其特征在于所述第二步中納米分散液由0.05mg金剛石粉或碳化鈦粉和IOml蒸餾水在燒杯中混合，并滴加I滴濃度為10%的N a OH溶液，把燒杯放入頻率為50KHz，功率為100W條件下超聲波振蕩器振動(dòng)20min，最后制得金剛石微粉分散好的納米分散液。
【文檔編號(hào)】C23C18/32GK103966579SQ201410204067
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】廖一峰 申請(qǐng)人:韶關(guān)學(xué)院