一種化學(xué)鍍Ni-W-Zn-P合金鍍層的鍍液及其鍍層工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)鍍層的化學(xué)鍍液和鍍層工藝，尤其是涉及一種化學(xué)鍍N1-W-Zn-P合金鍍層的鍍液及其鍍層工藝。
技術(shù)背景
[0002]隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，要求材料表面具有更高的耐蝕性、耐磨性和硬度等，但由于零件整體采用這種高性能材料制造不僅造成材料浪費(fèi)，而且對生產(chǎn)工藝要求也較高。采用材料表面改性技術(shù)在材料表面制備一定厚度的高性能涂層的方法可以很好的解決這一問題。由于N1-P合金不僅具有高的耐蝕性、耐磨性和力學(xué)性能，還可以賦予材料表面許多其他特性，如釬焊性，可拋光性，因此得到廣泛應(yīng)用。汽車、航空、醫(yī)療、石油工業(yè)越來越多的使用N1-P合金涂層產(chǎn)品。
[0003]目前，采用化學(xué)鍍制備N1-P合金鍍層具有操作簡單，能夠在復(fù)雜表面獲得均勻厚度鍍層的能力，使化學(xué)鍍成為在這些領(lǐng)域制備N1-P鍍層的主要技術(shù)。然而，目前的化學(xué)鍍N1-P合金工藝存在鍍層沉積速度慢，鍍層致密性差等缺點(diǎn)。
[0004]鎢在所有金屬中具有最高的熔點(diǎn)，最低的線膨脹系數(shù)(4.3X10 6/°C)，最高的抗拉強(qiáng)度，很高的熱傳導(dǎo)率UlOWm1K 1X并且具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和硬度；很小的電子逸出功；在高溫下穩(wěn)定，達(dá)到1000°C也不被氧化；室溫下不被任何無機(jī)酸溶解。因此以N1-P合金為基的N1-W-P三元合金鍍層開始受到關(guān)注并取得了相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，鎢及其合金鍍層具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐蝕性及高耐磨性等優(yōu)良性能，可以代替鉻鍍層而應(yīng)用與軸承、活塞、氣缸、下模和石油工業(yè)特殊容器等產(chǎn)品表面，使產(chǎn)品使用壽命大大延長。
[0005]但由于現(xiàn)有的技術(shù)獲得的N1-W-P合金涂層致密性差，合金化程度低，鍍層成分變化范圍有限，硬度和耐蝕性的提高已經(jīng)達(dá)到一個(gè)瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種化學(xué)鍍N1-W-Zn-P合金鍍層的鍍液及其鍍層工藝，可有效的提高合金鍍層合金化程度、硬度及耐蝕性。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種化學(xué)鍍N1-W-Zn-P合金鍍層的鍍液，所述鍍液各組分配比如下:
硫酸鎳15-30g/L ;
鎢酸鈉30-60g/L ；
硫酸鋅3-10g/L ;
檸檬酸鈉80-120g/L ；
次磷酸鈉15-25g/L ;
氯化銨30-50g/L ；
硝酸鉛10-20mg/L ；
乳酸3-10mL/L ； 硫酸鈰0.15-0.5g/L。
[0008]剩余為溶劑。
[0009]進(jìn)一步的，所述溶劑為去離子水。
[0010]一種使用前述鍍液的鍍層工藝，所述鍍層工藝采用如下步驟:
步驟I)試樣預(yù)處理；
步驟2)鍍液配置；
步驟3)施鍍。
[0011]進(jìn)一步的，所述步驟I)具體為:
A.機(jī)械打磨:用砂紙打磨至表面基本平滑，然后用清水沖洗；
B.除油:將經(jīng)A步驟處理后的試樣在65°C左右用濃度6%的NaOH溶液浸泡以除去試樣表面的油污，除油后用清水沖洗；
C.除銹:將B步驟處理后的試樣在濃度20%的硫酸溶液中浸泡5-10分鐘以除去表面氧化物，除銹完畢后用清水沖洗試樣；
D.活化:將C步驟處理后的試樣置于濃度10%的鹽酸中浸泡30-60S以活化試樣表面。
[0012]進(jìn)一步的，所述步驟2)具體為:
A.分別將硫酸鎳、鎢酸鈉和硫酸鋅用一定量的去離子水溶解，并置于75°C水浴鍋中水??；
B.將檸檬酸鈉和氯化銨混合后用去離子水溶解，并置于75°C水浴鍋中水?。?br> C.將A中得到的三份溶液混合，并攪拌均勻；
D.將C和B中得到的溶液混合并攪拌至澄清，置于75°C水浴鍋中溶解；
E.將次磷酸鈉用去離子水溶解，水浴加熱到75°C，然后將其加入到D得到的溶液中，攪拌均勻后置于75°C水浴鍋中；
F.將乳酸、硝酸鉛和硫酸鈰加入到E得到的溶液中，攪拌均勾，用氨水調(diào)節(jié)PH為8.5-9.5，放入到85°C水浴鍋中加熱；
進(jìn)一步的，所述步驟3)具體為:將步驟I)中處理完的試樣掛在步驟2)中配好的溶液中，置于85°C的水浴鍋中，并用磁力攪拌器攪拌。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟3)施鍍過程中要實(shí)時(shí)監(jiān)測溶液PH，使用氨水調(diào)節(jié)PH在
8.5~9.5o
[0014]進(jìn)一步的，所述步驟3 )施鍍時(shí)間為2小時(shí)。
[0015]采用本發(fā)明方法，可以在多種鋼基體表面制備出致密的N1-W合金涂層，經(jīng)X射線衍射儀表征，鍍態(tài)的N1-W-Zn-P合金鍍層為非晶態(tài)，鎢、鋅和磷固溶于鎳中形成固溶體，這種非晶態(tài)的鍍層表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐蝕性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明N1-W-Zn-P鍍層的顯微照片；
圖2是本發(fā)明N1-W-Zn-P鍍層的XRD圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0019]—種化學(xué)鍍N1-W-Zn-P合金鍍層的鍍液，所述鍍液各組分配比如下:
硫酸鎳15_30g/L ;
鎢酸鈉30-60g/L ；
硫酸鋅3-10g/L ;
檸檬酸鈉80-120g/L ；
次磷酸鈉15-25g/L ;
氯化銨30-50g/L ；
硝酸鉛10-20mg/L ；
乳酸3-10mL/L ；
硫酸鈰0.15-0.5g/L ；
剩余為溶劑。
[0020]其中檸檬酸鈉為絡(luò)合劑，次磷酸鈉為還原劑，氯化銨為緩沖劑，硝酸鉛為穩(wěn)定劑，乳酸為加速劑，硫酸鈰為添加劑。
[0021]溶劑為去離子水，實(shí)驗(yàn)過程中用氨水調(diào)節(jié)PH為8.5-9.5，施鍍溫度為70_90°C，施鍍時(shí)間為2小時(shí)。
[0022]硫酸鎳和鎢酸鈉是鍍液的主鹽，在還原劑次磷酸鈉作用下，硫酸鎳和鎢酸鈉發(fā)生共沉積，得到鎢和鋅固溶于鎳中的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。隨著鍍液中硫酸鎳含量的增加，鍍層中的鎢、磷含量都呈下降的趨勢，但隨著鍍液中Ni2+濃度的增加，提高了化學(xué)鍍鎳的還原電極電勢，使反應(yīng)速率增大，沉積速度加快。綜合考慮，硫酸鎳的濃度為15_30g/L比較合適。硫酸鎳濃度過高，容易導(dǎo)致鍍液不穩(wěn)定。隨著溶液中鎢酸鈉的增加，鍍層中磷含量變化甚微，實(shí)驗(yàn)表明，鎢酸鈉含量為30-60g/L時(shí)較為合適。
[0023]硫酸鋅是鍍液的主鹽，雖然硫酸鋅的含量較少，但對化學(xué)鍍鍍速和鍍層質(zhì)量影響較大。實(shí)驗(yàn)表明，隨著硫酸鋅含量的增加，溶液的鍍速逐漸減小。這是因?yàn)樵诖藯l件下，鋅不具有催化活性，鋅形核后不能繼續(xù)長大，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，鋅需要不斷在沉積出的鎳和鋅表面繼續(xù)重新形核，因此，鋅離子的存在對反應(yīng)具有阻礙作用。正是這種阻礙作用，可以起到細(xì)化鍍層的晶粒，提高鍍層的硬度，耐磨性和耐蝕性。
[0024]鍍液中由于有硫酸鋅的加入，不僅可以得到四元合金鍍層，而且鋅離子可以阻礙晶粒長大，細(xì)化合金鍍層，適當(dāng)減小鍍速，可以防止鍍層因?yàn)榫植垮兯龠^快導(dǎo)致空隙。
[0025]硫酸鈰是本鍍液的中的一種重要的添加劑，雖然現(xiàn)有的一些鍍鎳鍍液中有用鈰元素作為添加劑的，但是已知的鍍液使用的鈰元素通常是硝酸鈰或者氯化鈰，與本發(fā)明所使用的硫酸鈰完全不同。由于本鍍液中所使用個(gè)負(fù)根離子基本全部為硫酸根，這給以后的鍍液回收和處理帶來了很大的方便。
[0026]硫酸鈰的含量為0.15-0.5g/L，一定量的硫酸鈰可以增加鍍速，得到均勻致密的鍍層，但過量的硫酸鈰的存在會使得到的鍍層表面粗糙，