專利名稱：一種獲得高耐磨、減摩納米復(fù)合功能鍍層的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)現(xiàn)屬于表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種在金屬或非金屬表面利用α-Al2O3、SiC等納米材料通過復(fù)合電鍍或化學(xué)鍍的方式，獲得鎳基納米復(fù)合電鍍層或化學(xué)鍍層。該鍍層具有高耐磨、減摩性能，可滿足在摩擦條件下使用制品的表面處理需求。
背景技術(shù)：
人們?yōu)榱藢で蟾吣湍ュ儗?，自上個(gè)世紀(jì)六十年代以來(lái)，以日本林忠夫等人為代表，極力推動(dòng)復(fù)合鍍的研究和開發(fā)。此后，復(fù)合鍍成為現(xiàn)代電鍍發(fā)展史中研究最為活躍的部分，發(fā)展較為迅速，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。我國(guó)以郭鶴桐教授為首的天津大學(xué)、廈門大學(xué)等單位在上個(gè)世紀(jì)七十年代末，八十年代初，對(duì)復(fù)合鍍也進(jìn)行了深入的研究，取得十分可喜的成果。并對(duì)提高鍍層耐磨性的研究和開發(fā)，起到十分重要的推進(jìn)作用。
傳統(tǒng)復(fù)合電鍍認(rèn)為，粒徑太小的微粒材料彌散于鍍層，對(duì)改善鍍層的耐磨性能作用不大。因此，傳統(tǒng)復(fù)合電鍍的研究和開發(fā)，僅僅停留在微米級(jí)粒徑上，所得鍍層不能協(xié)調(diào)硬度和韌性之間的矛盾。迄今為止，尚未見集硬度、耐磨性、減摩性和韌性為一體的復(fù)合功能鍍層面市，也未見相關(guān)的專利和研究論文報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在將原復(fù)合鍍中的粒子由微米級(jí)降到納米級(jí)，獲得一種集硬度、耐磨、減摩、韌性為一體的納米復(fù)合功能鍍層，協(xié)調(diào)了鍍層硬度與韌性之間的矛盾，為易磨損件及無(wú)油摩擦組件表面處理提供可靠的技術(shù)手段。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能獲得納米復(fù)合功能鍍層，包括納米復(fù)合鎳電鍍層和納米復(fù)合化學(xué)鍍層的工藝。
解決本發(fā)明技術(shù)問題是通過下述的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種獲得高耐磨、減摩納米復(fù)合功能鍍層的工藝，其特征在于是在常規(guī)電鍍中的瓦特鎳鍍液或普通酸性化學(xué)鍍的鎳液中加入100-150g/l的以α-Al2O3或SiC為主的納米微粒制成的漿料，納米離子在鍍液中能均勻彌散，納米復(fù)合鍍層中彌散的納米微粒含量為3-10％(wt)，納米微粒的原晶粒徑為1-150nm，對(duì)鍍液用壓縮空氣攪拌，攪拌速度以漿料中全部粒子懸浮為度，獲得金屬鎳與納米微粒組成的納米復(fù)合鎳電鍍層或納米復(fù)合化學(xué)鍍層。
上述工藝所的納米復(fù)合鎳電鍍層以下列組合形式實(shí)現(xiàn)功能完整的納米復(fù)合功能電鍍層閃鍍鎳/半光亮鎳/納米復(fù)合鎳電鍍層，所得的納米復(fù)合功能電鍍層組合是一種集硬度、耐磨性、減摩性、韌性為一體的納米復(fù)合電鍍層。
其中納米復(fù)合鎳電鍍層中彌散有3-10％的以α-Al2O3或SiC為主的納米微粒，納米微粒的原晶粒徑為1-150nm。
上述鍍層組合中，閃鍍鎳層厚為1-2μm，半光亮鎳層厚為3-5μm，納米復(fù)合鎳層厚為2-90μm(視具體耐磨工件的要求而定)。鍍層組合總厚度為6-100μm。
納米復(fù)合功能電鍍層組合中的閃鍍鎳和半光亮鎳采用常規(guī)電鍍工藝，納米復(fù)合鎳電鍍層是在常規(guī)瓦特鎳電鍍液中加入光亮劑1ml/l、潤(rùn)濕劑0.5ml/l，再加入100-150g/l的α-Al2O3復(fù)合納米漿料，漿料中分散粒子的原晶粒度小于150nm，它是一種在酸、堿溶液中均穩(wěn)定存在的α-晶態(tài)粒子，在電鍍過程中它能較均勻地分散于鍍層之中，彌散粒子含量為3-10％(wt)。為了增加彌散粒子在鍍層中的含量，本發(fā)明在鍍液中加入17-20g/l的納米漿料助劑。
按照上述技術(shù)方案，本發(fā)明在納米復(fù)合鎳電鍍層鍍液中所使用的工藝配方和工藝條件如下硫酸鎳 350-380g/l硼酸 40-45g/l氯化鈉 12-15g/l納米漿料助劑 17-20g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 100-150g/l光亮劑 1ml/l潤(rùn)濕劑 0.5ml/lpH 3.5-4Dk 4A/dm2t℃ 55-65時(shí)間 按工藝厚度要求確定工藝中，陽(yáng)極一般為純鎳陽(yáng)極，特殊要求的情況下，可用鈦管上電鍍鎳做為陽(yáng)極，鍍液需壓縮空氣攪拌。攪拌速度以鍍液中全部粒子懸浮為度，新配液必須攪拌6小時(shí)，熟化槽液。有特殊要求的工件，本發(fā)明設(shè)計(jì)特殊掛具以適應(yīng)其特殊需要。
該鍍層組合具有良好的耐磨性能、抗高溫氧化性能、減摩性能、儲(chǔ)油及自潤(rùn)滑性能，且表面光潔，硬度為HV450-600，鍍層與基體的結(jié)合力高，鍍層的均勻度為0.1-0.5μm/cm。
上述工藝所獲得的納米化學(xué)鍍層亦是一種集硬度、耐磨性、減摩性、韌性為一體的鍍層。其中彌散有2-8％的以α-Al2O3或SiC為主的納米微粒，納米微粒的原晶粒徑為1-150nm。該鍍層具有良好的耐磨性能，特別是無(wú)法進(jìn)行電鍍或電鍍較為困難的工件(深孔件、狹縫件等)，化學(xué)鍍則顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性。
納米復(fù)合化學(xué)鍍層是采用普通酸性化學(xué)鍍鎳液中加入100-150g/l的α-Al2O3復(fù)合納米漿料實(shí)現(xiàn)的。具體工藝配方和工藝條件如下硫酸鎳 20-25g/l次磷酸鈉25-30g/l醋酸鈉 15-20g/l乳酸1-3g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 100-150g/l十二烷基磺酸納 0.5-1g/lpH 3.5-4.5t℃ 86±1時(shí)間(h) 0.5-1壓縮空氣攪拌鍍液需壓縮空氣攪拌，攪拌速度以鍍液中全部粒子懸浮為度。鍍后的工件需在400-450℃下烘烤30min后浸油。
納米復(fù)合化學(xué)鍍適用于電鍍時(shí)易產(chǎn)生低電區(qū)，且要求耐磨的零件，例如齒輪或有深孔、狹縫孔等的工件。
本發(fā)明的優(yōu)越性是顯而易見的首先，將在鍍層中能均勻彌散的以α-Al2O3為主的復(fù)合納米微粒制成的漿料，添加于含有少量光亮劑和潤(rùn)濕劑的瓦特鎳電解液中或常規(guī)化學(xué)鍍鎳液中，通過電鍍或化學(xué)鍍，獲得金屬鎳與納米微粒的復(fù)合功能鍍層。此種鍍層具有特殊結(jié)構(gòu)鎳以鈉米晶的形態(tài)結(jié)晶形成的鍍層呈多孔態(tài)，其孔徑＜100nm。納米微粒均勻鑲嵌于這些孔隙中，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；且可在短程(15埃至20埃)中滑動(dòng)和移動(dòng)，使鍍層具有很高的自潤(rùn)滑性能和減摩性能，這就大大地提高了鍍層的耐磨性，這是微米級(jí)復(fù)合鍍無(wú)法具備的特征；又由于α-Al2O3的硬度高，因此整體上提高了鍍層的硬度，納米微粒在鍍層中的含量?jī)H為1-10％，鍍層的主體仍為金屬鎳，因此鍍層具有金屬鎳的韌性。本發(fā)明所獲得的是集硬度、耐磨性、減摩性和韌性為一體的鍍層，此種鍍層是常規(guī)鍍層無(wú)法比擬的。
本發(fā)明的另一優(yōu)越性在于它是由常規(guī)的瓦特鎳或化學(xué)鎳的鍍液中改造而來(lái)，因此它極易由常規(guī)電鍍鎳或化學(xué)鍍鎳轉(zhuǎn)化為納米鍍鎳，它僅需要將陰極移動(dòng)改為空氣攪拌，不再另加設(shè)備，極易推廣。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體上獲得鎳基納米復(fù)合功能電鍍層的工藝。
1、主要工藝流程有機(jī)溶劑除油→化學(xué)除油→超聲波清洗→酸洗→閃鍍鎳→電鍍半光亮鎳→鎳基納米復(fù)合電鍍→烘干→浸油。
2、電鍍納米復(fù)合鎳的鍍液配方及工藝條件。
硫酸鎳 370g/l硼酸 45g/l氯化鈉 15g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 120g/l納米漿料助劑 17g/l光亮劑 1ml/l潤(rùn)濕劑 0.5ml/lDk4A/dm2t℃ 55-65℃pH 3.5-4由于缸體對(duì)鍍層厚度和均勻性要求十分嚴(yán)格，因此，本發(fā)明采用鈦管鍍鎳做為像形陽(yáng)板，并針對(duì)缸體設(shè)計(jì)了特殊掛具。鍍液采用壓縮空氣攪拌，電鍍時(shí)間根據(jù)缸孔尺寸大小及鍍層厚度要求確定。
3、實(shí)測(cè)結(jié)果。
按上述工藝電鍍后的缸體，在重慶宗申摩托車科技集團(tuán)有限公司進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。測(cè)試結(jié)果如下

以下是重慶宗申摩托車科技集團(tuán)有限公司對(duì)用本發(fā)明進(jìn)行鎳基納米電鍍所鍍的缸體的評(píng)價(jià)(原《技術(shù)報(bào)告》原文抄錄)“從強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)可以看出，納米電鍍使缸體具有以下特點(diǎn)1)納米電鍍技術(shù)處理的缸體，表面摩擦系數(shù)小，發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩大，油耗低。
在試驗(yàn)60h時(shí)測(cè)試，最大功率大到9.13kw/9064r/min，最大扭矩達(dá)10.15N·M/8000r/min，最低油耗278.1g/kw.h。這樣好的性能參數(shù)，在普通CG125發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化中是不能達(dá)到的。
2)納米電鍍技術(shù)處理的缸體表面具有自潤(rùn)滑性能。
納米電鍍技術(shù)處理的缸體表面無(wú)普通缸體儲(chǔ)油的網(wǎng)紋，機(jī)油條件差，但通過200h的臺(tái)架強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)，活塞環(huán)磨損量很小(一環(huán)桶面還在，二環(huán)錐面磨損二分之一)缸體珩磨網(wǎng)紋與活塞加工紋路還存在。
3)納米電鍍技術(shù)處理缸體比金陶處理缸體成本低。”實(shí)施例2在鏈條上獲得鎳基納米復(fù)合功能電鍍層的工藝。
1、主要工藝流程化學(xué)除油→酸洗→電鍍半光亮鎳→鎳基復(fù)合電鍍→烘干→浸油。
2、電鍍納米復(fù)合鎳的鍍液配方及工藝條件同實(shí)施例1。
3、試驗(yàn)結(jié)果。
經(jīng)用本發(fā)明電鍍的鏈條在重慶長(zhǎng)江鏈條有限公司試驗(yàn)，該公司對(duì)本發(fā)明所鍍鏈條做出評(píng)價(jià)?，F(xiàn)將評(píng)價(jià)抄錄如下1)采用整條鏈條納米電鍍后，表面光亮透明，完全可以不再進(jìn)行防銹工序處理，防銹保質(zhì)期可達(dá)3年以上。
2)經(jīng)納米電鍍鏈條零件的鍍層在0.006-0.012mm范圍內(nèi)，其維氏硬度可達(dá)1600以上(HV02)，超出滲金屬?gòu)?fù)合處理工藝水平的1/3。
3)該納米鏈條的耐磨性能試驗(yàn)顯示耐磨性能大幅度提高。
4)納米鏈條技術(shù)的展開將形成大規(guī)模的生產(chǎn)能力，面向市場(chǎng)，與主機(jī)單位形成新的技術(shù)熱點(diǎn)。
實(shí)施例3在齒輪上獲得鎳基納米復(fù)合功能化學(xué)鍍層的工藝。
1、主要工藝流程有機(jī)溶劑除油→化學(xué)除油→超聲波清洗→酸洗→納米復(fù)合化學(xué)鍍→烤干→浸油。
2、納米復(fù)合功能化學(xué)鍍的工藝配方及工藝條件硫酸鎳 25g/l次磷酸鈉 30g/l醋酸鈉 20g/l乳酸 3g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 120g/l十二烷基磺酸鈉 1g/lpH 3.7t℃86時(shí)間(h)1壓縮空氣攪拌3、驗(yàn)證結(jié)果。
用本發(fā)明對(duì)齒輪進(jìn)行納米復(fù)合化學(xué)鍍后，在重慶秋田齒輪有限公司進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)證，該公司對(duì)齒輪的電鍍質(zhì)量驗(yàn)證報(bào)告，現(xiàn)將報(bào)告全文抄錄如下
齒輪工裝納米涂層使用驗(yàn)證報(bào)告我司與阿波羅公司從2001年11月18日開始合作，阿波羅公司對(duì)我們生產(chǎn)的工裝齒輪進(jìn)行納米復(fù)合電鍍，從單件到批量加工，其技術(shù)性能和產(chǎn)品質(zhì)量都得到提高。
剃齒的花鍵蕊軸(mlZ19)進(jìn)行納米電鍍后，耐用度提高3倍，在秋田使用效果良好。
未采用納米涂層前，耐用度低、工裝費(fèi)用高，我司已決定采用該項(xiàng)技術(shù)工藝，在工裝和產(chǎn)品中大量使用。
重慶秋田齒輪有限公司2002年1月5日
權(quán)利要求
1.一種獲得高耐磨、減摩納米復(fù)合功能鍍層的工藝，其特征在于是在常規(guī)電鍍中的瓦特鎳鍍液或普通酸性化學(xué)鍍的鎳液中加入100-150g/l的以α-Al2O3或SiC為主的納米微粒制成的漿料，納米離子在鍍液中能均勻彌散，納米復(fù)合鍍層中彌散的納米微粒含量為3-10％(wt)，納米微粒的原晶粒徑為1-150nm，對(duì)鍍液用壓縮空氣攪拌，攪拌速度以漿料中全部粒子懸浮為度，獲得金屬鎳與納米微粒組成的納米復(fù)合鎳電鍍層或納米復(fù)合化學(xué)鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所獲得復(fù)合鎳電鍍層與用常規(guī)電鍍工藝獲得的閃鍍鎳層、半光亮鎳層共同構(gòu)成功能完整的納米復(fù)合功能電鍍層，其中閃鍍鎳層厚為1-2μm，半光亮鎳層后為3-5μm，納米復(fù)合鎳電鍍層厚為2-90μm，鍍層組合總厚度為6-100μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于在獲得復(fù)合鎳電鍍層的常規(guī)瓦特鎳電鍍液中加有光亮劑、濕潤(rùn)劑、和17-20g/l納米漿料助劑，所用電鍍陽(yáng)極為可溶或不可溶性電極，鍍前采用超聲波清洗，電鍍過程中采用雙向脈沖電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的工藝，其特征在于獲得納米復(fù)合鎳功能電鍍層的鍍液中使用的工藝配方和工藝條件如下硫酸鎳 350-380g/l硼酸40-45g/l氯化鈉 12-15g/l納米漿料助劑17-20g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 100-150g/l光亮劑 1ml/l潤(rùn)濕劑 0.5ml/lpH 3.5-4Dk 4A/dm2t℃ 55-65時(shí)間按工藝厚度要求確定
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于獲得納米復(fù)合鎳功能化學(xué)鍍層的工藝配方和工藝條件如下硫酸鎳 20-25g/l次磷酸鈉 25-30g/l醋酸鈉 15-20g/l乳酸 1-3g/lα-Al2O3復(fù)合納米漿料 100-150g/l十二烷基磺酸納 0.5-1g/lpH 3.5-4.5t℃ 86±1時(shí)間(h) 0.5-1壓縮空氣攪拌
6根據(jù)權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于在獲得納米化學(xué)鍍層后的工件需在400-450℃下烘烤30min后浸油。
全文摘要
一種獲得高耐磨、減摩納米復(fù)合功能鍍層的工藝，其特點(diǎn)是在常規(guī)電鍍中的瓦特鎳鍍液或普通酸性化學(xué)鍍的鎳液中加入100－150g/l的以α－Al
文檔編號(hào)C25D3/12GK1435514SQ02133428
公開日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月6日
發(fā)明者何洪胤, 陳敬全 申請(qǐng)人:重慶阿波羅機(jī)電技術(shù)開發(fā)公司