納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層及其施鍍工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了納米碳化物增強Ni?W?P復合鍍層及其施鍍工藝，預鍍液組成如下：鍍液主鹽 20~35 g/L，還原劑 20~30 g/L，復合絡合劑22?45 g/L，鎢源 10~20 g/L,加速劑 7~15 g/L,穩(wěn)定劑 1~2 mg/L,糖精 0.5~1 g/L；溶劑為蒸餾水；鍍液是在預鍍液中添加納米WC分散液，納米WC在鍍液的終濃度為 5~15 g/L。施鍍工藝是：配制預鍍液，將經(jīng)過除油、除銹、活化處理的樣品預鍍0.5?0.6小時，在預渡液內(nèi)加入納米碳化物分散液，繼續(xù)施鍍，總施鍍時間為1.5?2小時；將鍍件在保護氣氛中，400℃?450℃保溫1?1.5小時，爐冷，取出。所得鍍層具有良好的結(jié)合力、涂層厚度均勻、致密性好、硬度高、耐磨性和耐腐蝕性強，且鍍件不受任何形狀影響。
【專利說明】納米碳化物増強N i -W-P復合鍍層及其施鍍工藝
[0001]
技術(shù)領域
[0002] 本發(fā)明涉及一種化學復合鍍技術(shù)領域，特別是涉及一種化學鍍Ni-w-p/納米WC鍍 液及其施鍍工藝。
【背景技術(shù)】
[0003] 高性能Ni-p合金化學鍍工藝是近年來迅速發(fā)展起來的一種新型表面保護和表面 強化技術(shù)手段，因為其具有操作簡單、價格低廉、設備投資小、普適性強以及鍍層具有優(yōu)良 的綜合性能等優(yōu)點，而廣泛地應用在石油化工、石油煉制、電子能源、汽車、化工等行業(yè)，但 缺點是在施鍍過程中形成的針孔、麻點以及使用過程中外力對鍍層的損壞等，往往造成鍍 層在腐蝕介質(zhì)中形成電偶腐蝕，使得鍍層不僅對基體起不到保護作用，反而加速了基體的 破壞。因此，隨著工業(yè)化的不斷深化和發(fā)展，人們對化學鍍鍍層質(zhì)量和性能提出了更高的要 求，尤其是在鍍層的耐磨和耐腐蝕性等方面更為苛刻。
[0004] 三元合金Ni-W-P鍍層的出現(xiàn)在一定程度上解決了Ni-p鍍層中所存在的問題。W元 素的加入可以提高鍍層的致密性，減小了腐蝕介質(zhì)穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐 蝕的幾率。此外，W是一種自鈍化元素，在腐蝕介質(zhì)中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高了 鍍層的耐蝕性能，因此，當磷的含量相近時Ni-w-p鍍層的耐蝕性能優(yōu)于Ni-p鍍層。
[0005] 納米化學復合鍍是在化學鍍的基礎上發(fā)展起來的一種工藝，是在電鍍液中加入非 水溶性的納米固體顆粒，與金屬離子共沉積于基材上形成由金屬相與分散于金屬相的納米 微粒構(gòu)成的復合鍍層，既保持原有基體鍍層的性質(zhì)，又兼?zhèn)鋸秃项w粒的特性。與單一金屬鍍 層相比，還具備納米材料特殊性能。例如，近年來，有文獻報道了納米顆粒Ni-W-P合金復合 化學鍍的方法，但是仍然存在諸多缺點。例如，鍍層表面氣孔較多，鍍液穩(wěn)定性差，鍍層存在 一定的缺陷等。納米碳化物(WC)具有抗熱震性強、耐高溫、化學穩(wěn)定性好、耐酸性強，硬度 高，彈性模量大等。且具有良好的耐磨損、耐腐蝕等特性。廣泛應用于提高金屬材料的表面 特性。但WC增強Ni-W-P復合鍍層至今還未見文獻報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層及其施鍍 工藝，鍍層具有良好的結(jié)合力、厚度均勻、硬度大、耐磨性高、耐腐蝕性強。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的： 納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層，預鍍液組成如下:鍍液主鹽20~35 g/L，還原劑20~ 30 g/L，復合絡合劑22-45 g/L，鎢源10~20 g/L，加速劑7~15 g/L，穩(wěn)定劑1~2 mg/L， 糖精0.5~1 g/L;溶劑為蒸餾水； 鍍液是在預鍍液中添加納米WC分散液，終濃度為5~15 g/L。
[0008] 其中鍍液主鹽是硫酸鎳;還原劑是亞磷酸二氫鈉或者次亞磷酸二氫鈉；復合絡合 劑是檸檬酸鈉和乳酸的混合物;詳言之，各自濃度是:檸檬酸鈉15~30 g/L、乳酸7~15 g/ L； 加速劑是丁二酸;穩(wěn)定劑是硫脲;鎢源是鎢酸鈉。
[0009] 納米碳化物增強Ni-w-p復合鍍層的施鍍工藝，包括以下步驟： (1) 樣品表面預處理:樣品經(jīng)過堿性溶液化學除油，水洗，吹干;再經(jīng)過酸性溶液酸洗表 面除銹，再水洗，吹干； 步驟（1)中的堿性溶液成分包括氫氧化鈉30 g/L、硅酸鈉20 g/L、碳酸鈉25g/L和磷 酸鈉20 g/L，除油溫度60~90°C、時間30min;酸性溶液是30 wt.%的鹽酸溶液； (2) 配制預鍍液； (3) 樣品活化處理;將樣品浸入10 wt.%的鹽酸溶液中處理1~2分鐘，以增強涂層與基體 間的結(jié)合力； (4) 施鍍工藝:調(diào)節(jié)預鍍液pH值為7.5~8.0,加熱至85~90°C，將經(jīng)過除油、酸洗及活 化處理后的樣品放入預鍍液中進行預鍍，預鍍結(jié)束后在鍍液中加入納米WC分散液，繼續(xù)施 鍍，水洗，吹干;預鍍時間為0.5-0.6小時，總施鍍時間為1.5-2小時。
[0010] WC納米分散液是先將納米WC粉體加入溶解有1~2 g/L十二烷基硫酸鈉的水中，經(jīng) 高速攪拌和超聲分散制得;其中，所述高速攪拌的轉(zhuǎn)速為500~1000 rpm，分散時間為10~ 15 min;第一次超聲波分散功率為600~1000W，超聲波分散的時間為5~10 min;第二次超 聲波分散功率為1000~1500W，超聲波分散的時間為15~20 min。
[0011] (5)鍍后處理:將鍍件在保護氣氛中（氮氣或氬氣），400 °C-450°C保溫1-1.5小時， 熱處理后爐冷，取出。
[0012] 鎢酸鈉是Ni-W-P合金鍍層中W元素的主要來源，可以提高鍍層的致密性，減小了 腐蝕介質(zhì)穿透鍍層在鍍層與基體之間形成電偶腐蝕的幾率。此外，W是一種自鈍化元素，在 腐蝕介質(zhì)中有利于鍍層表面鈍化膜的形成，提高鍍層的耐蝕性能。Ni-w-p合金鍍層是高硬 度、低應力;耐熱性、耐蝕性、耐磨性優(yōu)異的功能性鍍層。
[0013] 納米WC自身具備剛性，提高了鍍層的硬度和耐磨性;納米WC-方面可通過填充鍍 層的孔隙和纏繞覆蓋于合金金屬晶粒表面以阻止腐蝕液的滲入，另一方面通過與合金晶體 構(gòu)成微型原電池，促進Ni-W-P合金的鈍化，由此提高了耐腐蝕性。
[0014] 本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所得鍍層平整、均勻、光亮，無氣孔，穩(wěn)定性好，整個 涂層分為兩部分，預鍍層含有的Ni-W-P合金和Ni-W-P/WC混合的涂層。
【附圖說明】
[0015] 圖1是實施例1所得Ni-W-P/WC復合鍍層的表面形貌圖； 圖2是實施例1所得Ni-W-P/WC復合鍍層的截面形貌圖。
【具體實施方式】
[0016] 為了更好的理解本發(fā)明，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地 描述。
[0017] 實施例！ 一種納米WC復合鍍Ni-w-p合金鍍液，該鍍液的參數(shù)及各組份的含量如下:硫酸鎳20 g/L，亞磷酸二氫鈉22 g/L，檸檬酸鈉15 g/L，乳酸9 g/L，鎢酸鈉10g/L，丁二酸7 g/L， 硫脲1 mg/L，十二烷基硫酸鈉1 g/L，糖精0.5 g/L，納米WC粉末5 g/L。溶劑為蒸餾水， 溶液體積為混合后溶質(zhì)和溶劑的總體積，pH值為7.5，溫度為85°C。
[0018] 納米WC復合鍍Ni-W-P合金鍍液的施鍍工藝，具體包括以下步驟： (1)樣品表面預處理:樣品經(jīng)過堿性溶液化學除油，堿性溶液包括氫氧化鈉30 g/L、硅 酸鈉20 g/L、碳酸鈉25g/L和磷酸鈉20 g/L，溶劑是水，溫度60~90°C，堿性化學除油時 間30min，水洗;再經(jīng)鹽酸酸洗液酸洗除去樣品表面帶有的銹層，其中酸性溶液是30 wt.% 的鹽酸溶液。除銹后進行水洗，吹干備用。
[0019] (2)配制預鍍液，并調(diào)節(jié)鍍液pH值至7.5,加熱到85°C，保持恒溫。
[0020] (3)樣品活化處理:將清理干凈的樣品放入10 wt.%的鹽酸溶液中處理1分鐘，表面 略微產(chǎn)生氣泡時即可將樣品從溶液中取出，用去離子沖洗，熱風吹干。
[0021 ] (4)納米WC分散液的制備：先將納米WC的粉體加入溶解有十二烷基硫酸鈉表面活 性劑的水中，依次經(jīng)高速分散和超聲波分散即制得納米分散液;其中，高速分散的轉(zhuǎn)速為 600 rpm，分散時間為10 min;第一次超聲波分散功率為600 W，超聲波分散的時間為5 min。 第二次超聲波分散功率為1000 W，超聲波分散的時間為15 min。
[0022] (5)施鍍工藝:將經(jīng)過除油、酸洗及活化處理后的樣品放入預鍍液中進行預鍍，預 鍍〇. 5小時后后加入納米WC分散液，繼續(xù)施鍍至1.8小時后，取出樣品鍍件水洗后熱風吹干。 [0023] (6)鍍后處理:將吹干的鍍件放置含有保護氣氛如氮氣或氬氣的熱處理爐中，400 °c保溫1小時，隨后爐冷至室溫，取出。
[0024] 實施例2 一種納米WC復合鍍Ni-w-ρ合金鍍液，該鍍液的參數(shù)及各組份的含量如下:硫酸鎳30 g/L，亞磷酸二氫鈉25 g/L，檸檬酸鈉20 g/L，乳酸10 g/L，鎢酸鈉15 g/L，丁二酸10 g/L，硫脲1 mg/L，十二烷基硫酸鈉1.5 g/L，糖精0.8 g/L，納米WC粉末10 g/L。溶劑為 蒸餾水，溶液體積為混合后溶質(zhì)和溶劑的總體積，pH值為7.5，溫度為85°C。
[0025]納米WC復合鍍Ni -W-P合金鍍液的施鍍工藝，具體包括以下步驟： (1) 樣品表面預處理：同實施例1; (2) 配制預鍍液:與實施例1不同之處在于，調(diào)節(jié)pH值至7.8,加熱到88 °C保溫； (3) 樣品活化處理：同實施例1; (4) 納米WC分散液的制備：與實施例1不同之處在于高速分散和超聲波分散的工藝參 數(shù):高速分散的轉(zhuǎn)速為800 rpm，分散時間為12 min;第一次超聲波分散功率為750W，超聲波 分散的時間為6 min。第二次超聲波分散功率為1200W，超聲波分散的時間為18 min。
[0026] (5)施鍍工藝:與實施例1不同在于，預鍍0.6小時，總施鍍時間為1.5小時后。
[0027] (6)鍍后處理:與實施例1不同在于，熱處理溫度450°C，保溫時間為1.5小時。
[0028] 實施例3 一種納米WC復合鍍Ni-w-ρ合金鍍液，該鍍液的參數(shù)及各組份的含量如下:硫酸鎳25 g/L，亞磷酸二氫鈉20 g/L，檸檬酸鈉16 g/L，乳酸7 g/L，鎢酸鈉15 g/L，丁二酸7 g/L， 硫脲1.5 mg/L，十二烷基硫酸鈉1.5g/L，糖精0.8 g/L，納米WC粉末10 g/L，溶劑為蒸餾 水，溶液體積為混合后溶質(zhì)和溶劑的總體積，pH值為7.8,溫度為87°C。
[0029]納米WC復合鍍Ni -W-P合金鍍液的施鍍工藝，具體包括以下步驟： (1) 樣品表面預處理：同實施例1; (2) 配制預鍍液:與實施例1不同之處在于，調(diào)節(jié)pH值至7.8,加熱至87°C溫度下恒溫。
[0030] (3)樣品活化處理：同實施例1。
[0031] (4)納米WC分散液的制備:與實施例1不同之處在于高速分散和超聲波分散的工藝 參數(shù):高速分散的轉(zhuǎn)速為1000 rpm，分散時間為15 min;第一次超聲波分散功率為1000W，超 聲波分散的時間為10 min。第二次超聲波分散功率為1500W，超聲波分散的時間為20 min。 [0032] (4)施鍍工藝:與實施例1不同在于，預鍍0.5小時，總施鍍2小時。
[0033] (5)鍍后處理：同實施例1。
[0034] 實施例4 一種納米WC復合鍍Ni-w-p合金鍍液，該鍍液的參數(shù)及各組份的含量如下:硫酸鎳35 g/L，次亞磷酸二氫鈉30 g/L，檸檬酸鈉30 g/L，乳酸15g/L，鎢酸鈉20 g/L，丁二酸15 g/ L，硫脲2mg/L，十二烷基硫酸鈉2g/L，糖精lg/L，納米WC粉末15 g/L，溶劑為蒸餾水，溶 液體積為混合后溶質(zhì)和溶劑的總體積，pH值為7.8,溫度為87°C。
[0035] 制備工藝，同實施例1。
[0036] 實施例1-4所得鍍層的性能參數(shù)考察，見表1所示：
在上文的敘述中省略了本發(fā)明中某些條件和原材料，但是本領域的普通技術(shù)人員能夠 現(xiàn)有技術(shù)理解本發(fā)明，并不影響本發(fā)明的充分公開。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾 種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應 當指出的是，對于本領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出 若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權(quán) 利要求為準。
【主權(quán)項】
1. 納米碳化物增強Ni-w-ρ復合鍍層，其特征在于，預鍍液組成如下：鍍液主鹽20~35 g/L，還原劑20~30 g/L，復合絡合劑22-45 g/L，鎢源10~20 g/L，加速劑7~15 g/L，穩(wěn) 定劑1~2 mg/L，糖精0.5~I g/L;溶劑為蒸餾水； 鍍液是在預鍍液中添加納米WC分散液，納米WC在鍍液的終濃度為5~15 g/L。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層，其特征在于鍍液主鹽是硫 酸鎳； 還原劑是亞磷酸二氫鈉或者次亞磷酸二氫鈉； 復合絡合劑是檸檬酸鈉和乳酸的混合物； 加速劑是丁二酸； 穩(wěn)定劑是硫脲； 鎢源是鎢酸鈉。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層，其特征在于復合絡合劑是 檸檬酸鈉15~30 g/L以及乳酸7~15 g/L的混合物。4. 權(quán)利要求1所述納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層的施鍍工藝，其特征在于，包括以下 步驟： 樣品表面預處理:樣品經(jīng)過堿性溶液化學除油，水洗，吹干;再經(jīng)過酸性溶液酸洗表面 除銹，再水洗，吹干； (2) 配制預鍍液； (3) 樣品活化處理;將樣品浸入10 wt.%的鹽酸溶液中處理1~2分鐘； (4) 施鍍工藝：調(diào)節(jié)預鍍液pH值為7.5~8.0,加熱至85~90°C，將經(jīng)過除油、酸洗及活 化處理后的樣品放入預鍍液中進行預鍍，預鍍結(jié)束后在鍍液中加入納米WC分散液，繼續(xù)施 鍍，水洗，吹干； 預鍍時間為〇. 5-0.6小時，總施鍍時間為1.5-2小時； (5) 鍍后處理:將鍍件在保護氣氛中，400 °C-450°C保溫1-1.5小時，熱處理后爐冷，取 出，即得。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層的施鍍工藝，其特征在于，步驟 (1)中的堿性溶液成分包括氫氧化鈉30 g/L、硅酸鈉20 g/L、碳酸鈉25g/L和磷酸鈉20 區(qū)/1;除油溫度60°090°(：、時間3〇1^11;酸性溶液是30被.％的鹽酸溶液。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層的施鍍工藝，其特征在于所述 的WC納米分散液是先將納米WC粉體加入溶解有1~2 g/L十二烷基硫酸鈉的水中，經(jīng)高速攪 拌和超聲分散制得。7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層的施鍍工藝，其特征在于高速 攪拌的轉(zhuǎn)速為500~1000 rpm，分散時間為10~15 min;第一次超聲波分散功率為600~ 1000W，超聲波分散的時間為5~10 min;第二次超聲波分散功率為1000~1500W，超聲波分 散的時間為15~20 min。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述納米碳化物增強Ni-W-P復合鍍層的施鍍工藝，其特征在于步驟 (5)的保護氣氛是氮氣或氬氣。
【文檔編號】C23C18/18GK105951062SQ201610345363
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】駱鴻, 蘇懷智, 金雷
【申請人】河海大學