專利名稱：一種制備鎳、鈷包覆無機粉體顆粒熱涂層材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，特別涉及一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層等材料的方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)化學鍍工藝，即以次亞磷酸鹽和硼烷衍生物為還原劑的化學鍍鎳、鈷反應(yīng)，生成鍍鎳層中不可避免帶入磷(P)和硼(B)元素雜質(zhì)問題，在高溫下會產(chǎn)生Ni3P、Co3P和Ni3B、Co3B等中間相，這對發(fā)動機的封嚴涂層及自潤滑特性極為有害。
鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體涂層材料多用于國防工業(yè)，諸如封嚴涂層、超硬涂層、抗氧化涂層、耐腐蝕涂層、自潤滑涂層以及機械工業(yè)的刀具材料等等。
然而，目前采用制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體涂層材料的方法多采用氣相沉積法、高壓水熱合成法、溶膠-凝膠法等實現(xiàn)合成。前兩種方法對設(shè)備要求較高，操作復雜，且成本也較高；而后一種方法，先包覆一層金屬氧化物，然后進行還原處理，這個方法流程長不適宜大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)化學鍍工藝在高溫下會產(chǎn)生Ni3P、Co3P和Ni3B、Co3B等中間相問題，制備納米到微米級別鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體涂層材料；同時解決加入作為絡(luò)合(配合)劑的羥基羧酸鹽不能循環(huán)利用問題。
一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層材料的方法，其特征在于對自潤滑涂層以氮化硼和石墨等為載體，而對耐高溫、抗氧化、超硬熱涂層材料，或作為前驅(qū)體制備刀具等金屬陶瓷材料則用SiC、WC、NbC、HfC、SiC、TaC、Si3N4、Cr3C7，以及金剛石等為載體；對于動態(tài)密封涂層材料則可用硅藻土、膨潤土、石墨、氮化硼等作為載體，誘導實現(xiàn)化學鍍金屬膜。在施鍍的過程中載體的表面首先用均勻浸潤的方法使其表面涂覆活化劑，活化劑為含有H3PtCl6或PdCl2或H3AuCl6或AuCl3或Ag(NO3)2等可溶性貴金屬鹽類，活化劑的用量為載體量的0.02～0.2％。貴金屬離子自發(fā)的均勻吸附在無機載體的表面，再用肼(聯(lián)氨N2H4)類、如硫酸聯(lián)氨，氯化聯(lián)氨，水和聯(lián)氨等還原劑或氯化亞錫溶液蘸鍍敏化處理，還原劑溶液濃度大于活化劑濃度，但低于飽和濃度，然后使無機載體自然風干。經(jīng)過活化和敏化處理后的無機載體再沉入到鍍液當中化學鍍鎳、鈷等，鍍覆可以是一層或兩層(如先鍍一層鈷，再鍍一層鎳)金屬膜。鍍液由主鹽、還原劑、配合劑、緩沖劑組成。以含有鎳、鈷鍍覆金屬的鹽為主鹽，包括硫酸鈷或硫酸鎳、硝酸鈷或硝酸鎳、醋酸鈷或醋酸鎳，氯化鈷或氯化鎳等鹽；還原劑為肼(聯(lián)氨N2H4)類，如硫酸聯(lián)氨，氯化聯(lián)氨，水和聯(lián)氨等；配合劑為氨水；緩沖劑是由與主鹽有相同陰離子的銨鹽構(gòu)成。主鹽濃度范圍0.05～1.0mol/L；還原劑濃度是還原主鹽化學計量濃度的4～8倍，即0.1～8.0mol/L；氨水的最低用量是所有主鹽金屬離子量的2倍，即0.1～0.5mol/L；銨鹽的最小加入量是0.1～0.6mol/L；加入還原劑和氨水，不能有沉淀析出；反應(yīng)過程體系總體pH值保持在8～12之間。鍍覆反應(yīng)過程的化學反應(yīng)式為或。
為防止產(chǎn)生不溶性絡(luò)合沉淀，本發(fā)明采用分批加入或連續(xù)滴加還原劑的措施。在水溶液中先加入主鹽和緩沖劑，待溶液溶解清澈后，先加入按上述化學反應(yīng)式計算的還原劑量(即主鹽金屬離子濃度的一半量，其余還原劑在后續(xù)步驟補加)，還原劑量太多會產(chǎn)生不溶性絡(luò)合物，還原劑量太少，在配合劑加入后會產(chǎn)生不溶性沉淀。溶液再次溶解澄清后，一次加入全部配合劑。剩余的還原劑在鍍覆反應(yīng)過程中分批加入或隨鍍覆反應(yīng)連續(xù)滴加。這樣可以保證，鍍液澄清，處處均勻，所鍍覆出的納米晶粒鍍層均勻致密。
金屬鍍膜工藝操作步驟為在水浴槽中裝入足量水，預熱水浴及水浴中的鍍液使其升溫至60～95℃之間，借助水浴攪拌使水浴中溫度均勻化。控制水浴溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，誤差在±1℃以內(nèi)。當溫度達到指定溫度，并恒定后，將已活化的鍍覆物加入到鍍液中，并通過攪拌，使鍍液體相濃度均勻化。整個鍍覆過程需要跟蹤觀測，通過加料漏斗分批補加或連續(xù)補充滴加還原劑。當補加完所有還原劑后，用吸管吸出部分鍍液觀察。當鍍液中的顏色(鎳氨絡(luò)合離子的藍色，鈷氨絡(luò)合離子的玫瑰紅色)褪去，變?yōu)闊o色，同時鍍液完全停止產(chǎn)生氣泡，即為鍍覆反應(yīng)終點。鍍覆反應(yīng)結(jié)束，整個施鍍時間約為15～80分鐘。
施鍍結(jié)束后，靜置沉淀使固液分離，用水洗滌，去除吸附的雜質(zhì)離子。而后，進行干燥處理。
配合劑與緩沖劑是由氨水和與主鹽相同陰離子的銨鹽構(gòu)成，此外，可根據(jù)體系不同，溶液濃度調(diào)節(jié)氨水和銨鹽量，詳見表1。
表1 鍍液組成

本發(fā)明采用的鍍液熱穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、工業(yè)穩(wěn)定性好，易于工業(yè)化，且可以循環(huán)使用。本發(fā)明工藝簡單、鍍層均勻、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、適用范圍廣，且成本低。


圖1為利用本發(fā)明方法制備出的鎳包氮化硼形貌。
圖2為利用本發(fā)明方法制備出的鈷包碳化鎢形貌。
圖3為利用本方法制備的金屬鎳包硅藻土的形貌。
圖4為利用本方法制備的鎳包碳的形貌。
圖5為利用本方法制備的納米鎳包氮化硼的形貌。
具體實施例方式表2為本發(fā)明的具體實施例

其中NiSO4·6H2O為15.8g；(NH4)2SO4為3.0g；NH3·H2O為25ml；無機載體為1.0g；N2H4·H2O為12ml。
表3 不同主鹽對鍍層的影響

權(quán)利要求
1.一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層材料的方法，其特征在于對自潤滑涂層以氮化硼和石墨為載體；對耐高溫、抗氧化、超硬熱涂層材料，或作為前驅(qū)體制備刀具及金屬陶瓷材料，用SiC、WC、NbC、HfC、SiC、TaC、Si3N4、Cr3C7及金剛石為載體；對于動態(tài)密封涂層材料用硅藻土、膨潤土、石墨、氮化硼作為載體，誘導實現(xiàn)化學鍍金屬膜；在施鍍的無機載體的表面首先用均勻浸潤的方法使無機載體表面涂覆活化劑，活化劑為含有H3PtCl6或PdCl2或H3AuCl6或AuCl3或Ag(NO3)2可溶性化合物溶液，活化劑的用量為無機載體量的0.02～0.2％；Pt或Pd或Au或Ag離子自發(fā)的均勻吸附在無機載體表面，再用肼類—聯(lián)氨N2H4類或氯化亞錫溶液蘸鍍敏化處理，還原劑溶液濃度大于活化劑濃度，但低于飽和濃度，經(jīng)過活化和敏化處理后的無機載體自然風干后再沉入到鍍液當中，化學鍍鎳、鈷、鎳鈷金屬膜；鍍液由主鹽、還原劑、配合劑、緩沖劑組成；以含有鎳、鈷、鎳鈷鍍覆金屬的鹽為主鹽，還原劑為肼類—聯(lián)氨N2H4類；配合劑為氨水；緩沖劑是由與主鹽有相同陰離子的銨鹽構(gòu)成；主鹽濃度范圍0.05～1.0mol/L；還原劑濃度是還原主鹽化學計量濃度的4～8倍，即0.1～8.0mol/L；氨水的最低用量是所有主鹽金屬離子量的2倍，即0.1～0.5mol/L；銨鹽的最小加入量是0.1～0.6mol/L；加入還原劑和氨水，不能有沉淀析出；反應(yīng)過程體系總體pH值保持在8～12之間；鍍覆反應(yīng)過程的化學反應(yīng)式為或。
2.如權(quán)利要求1所述的一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層材料的方法，其特征在于含有鎳、鈷、鎳鈷鍍覆金屬的主鹽是硫酸鈷或硫酸鎳、硝酸鈷或硝酸鎳、醋酸鈷或醋酸鎳鹽，氯化鈷或氯化鎳。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層材料的方法，其特征在于采用分批加入或連續(xù)滴加還原劑的措施，在水溶液中先加入主鹽和緩沖劑，待溶液溶解清澈后，先加入按或化學反應(yīng)式計算的還原劑量即主鹽金屬離子濃度的一半量，溶液再次溶解澄清后，一次加入全部配合劑，剩余的還原劑在鍍覆反應(yīng)過程分批加入或隨鍍覆反應(yīng)連續(xù)滴加。
4.如權(quán)利要求3所述的一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機粉體熱涂層材料的方法，其特征在于金屬鍍膜工藝操作步驟為施鍍溫度在60～95℃之間，鍍液在水浴條件下進行，整個水浴中溫度要均勻，水浴溫度穩(wěn)定在設(shè)定溫度，誤差在±1℃以內(nèi)；鍍液體濃度要均勻；當所有還原劑加完后，用吸管吸出部分鍍液觀察，當鍍液中的顏色—鎳氨或鈷氨絡(luò)合離子顏色褪去，變?yōu)闊o色，同時鍍液完全停止產(chǎn)生氣泡，即為鍍覆反應(yīng)終點，鍍覆反應(yīng)結(jié)束；整個施鍍時間為15～80分鐘；施鍍結(jié)束后，靜置沉淀使固液分離，用水洗滌，去除吸附的雜質(zhì)離子后，進行干燥處理。
全文摘要
一種制備鎳、鈷、鎳鈷包覆無機載體的方法，屬于金屬陶瓷材料領(lǐng)域。其特征在于以無機材料為載體誘導實現(xiàn)化學鍍金屬膜，含有Pt、Pd、Au、Ag貴金屬的可溶性化合物溶液為活化劑，以含有鎳、鈷、鎳鈷鍍覆金屬的鹽為主鹽，肼類－聯(lián)氨(N
文檔編號B22F1/02GK1820876SQ20061001154
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月23日
發(fā)明者李釩, 王習東, 張登君, 張梅, 李報厚 申請人:北京科技大學