專利名稱：含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用金屬材料對(duì)材料的鍍覆，尤其是涉及含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層及制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合鍍層具有良好的耐磨和減摩性能，在工業(yè)技術(shù)中具有廣泛的應(yīng)用。目前，在復(fù)合鍍層中所含有的固體顆粒主要有碳化硅、氧化鋁、石墨、硫化鎢和硫化鉬。含有碳化硅、氧化鋁、石墨、硫化鎢或硫化鉬的Ni-P復(fù)合鍍層的磨損率可以降低到Ni-P復(fù)合鍍層的40％-50％，摩擦系數(shù)從Ni-P鍍層的0.11-0.12降低到0.10-0.06。但是目前含有這些固體顆粒的復(fù)合鍍層的耐磨性能和減摩性能還不是十分理想。另外，在高溫下(400℃以上)硫化鎢和硫化鉬會(huì)被分解氧化。
最近具有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的合成和應(yīng)用研究引起了人們的極大興趣，這些納米材料具有球形或類球形形貌，在空氣氣氛中熱穩(wěn)定性可以達(dá)到800-400℃。這些具有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料采用水熱法合成，合成溫度較低(在100-180℃)，原料價(jià)格便宜，合成設(shè)備簡單，可以批量合成。具體的合成過程在文獻(xiàn)(Xun Wang and Yadong Li，F(xiàn)ullerene-likerare-earth nanoparticles，Angew.Chem.Int.Ed，2003，42，3497-3500.)已有詳細(xì)的說明。
但是迄今為止有關(guān)用具有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料制備耐磨和減摩的復(fù)合鍍層的研究還未見公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層及制備方法，用復(fù)合化學(xué)鍍或復(fù)合電沉積法制備一種不僅具有高耐磨性能，并具有低摩擦系數(shù)的鎳基復(fù)合鍍層。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層，是在鍍層中含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料。其粒徑為20～60納米；所述的類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料為LaF3，CeF3，PrF3，NdF3或SmF3。
含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層的制備方法，采用復(fù)合化學(xué)鍍或復(fù)合電沉積的方法，在復(fù)合鍍液中含有3～50g/L的類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料。
方案1含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法采用復(fù)合化學(xué)鍍的方法，化學(xué)鍍?nèi)芤汉凸に嚄l件如下硫酸鎳或氯化鎳 10～35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鈉 0.5～35g/L鎢酸鈉 0～70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0～100g/L乳酸 0～20mL/LpH 4～14溫度 60～90℃類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料 5～40g/L鍍覆時(shí)間 2～4小時(shí)用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調(diào)整溶液的pH值。
方案2含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的復(fù)合鍍層的制備方法是采用復(fù)合電沉積的方法，復(fù)合電沉積溶液和工藝條件如下硫酸鎳150～300g/L氯化鎳10～80g/L硼酸 0～40g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸0～40g/L硫酸納20～90g/L溫度 15～80℃類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料 5～40g/L陰極電流密度 1～5A/dm2時(shí)間 1～3小時(shí)與背景技術(shù)相比本發(fā)明具有的有益的效果是1)本發(fā)明的含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的的復(fù)合鍍層具有高的耐磨性能和低的摩擦系數(shù)。在同等測(cè)試條件下，其磨損量為Ni-P鍍層的17-30％，是Ni-P-SiC的40-50％，其摩擦系數(shù)只有0.030-0.037，而Ni-P鍍層和Ni-P-SiC復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)為0.10-0.11；
2)本發(fā)明的復(fù)合鍍層中含有的類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料在空氣中具有很高的熱穩(wěn)定性，因此也適合高溫環(huán)境下的摩擦學(xué)使用；3)本發(fā)明采用的類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料合成方法簡單，可以批量合成，成本低廉；4)本發(fā)明采用的化學(xué)復(fù)合鍍和復(fù)合電沉積方法制備含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的復(fù)合鍍層的方法簡單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)5)本發(fā)明的含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的的復(fù)合鍍層具有高耐磨和減摩性能，可以延長金屬零件的使用壽命，并且降低能源消耗，有利于環(huán)境保護(hù)，因此在汽車、機(jī)械、化工、航空航天等工業(yè)部門具有廣泛的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1用復(fù)合化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳24g/L，次亞磷酸鈉23g/L，乳酸5mL/L，醋酸鈉12g/L，pH＝5.5，溫度85℃，類富勒烯結(jié)構(gòu)LaF3納米材料8g/L，時(shí)間3小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有類富勒烯結(jié)構(gòu)LaF3納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層的磨損量減少為Ni-P化學(xué)鍍層的17～26％、Ni-P-碳化硅化學(xué)復(fù)合鍍層的40～50％，其摩擦系數(shù)為0.027，而Ni-P和Ni-P-碳化硅化學(xué)鍍層的摩擦系數(shù)為0.11和0.10。證明含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層具有更好的耐磨和減摩性能。
實(shí)施例2用復(fù)合化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni-W-P復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳25g/L，鎢酸鈉65g/L，次亞磷酸鈉22g/L，檸檬酸鈉100g/L，乳酸6mL/L，硫酸銨30g/L，pH＝9.4，溫度90℃，類富勒烯結(jié)構(gòu)CeF3納米材料6g/L，時(shí)間2.5小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有類富勒烯結(jié)構(gòu)CeF3納米材料的Ni-W-P復(fù)合鍍層的磨損量是Ni-W-P-氧化鋁化學(xué)復(fù)合鍍層的60～70％，其摩擦系數(shù)為0.031，而Ni-W-P-氧化鋁復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)為0.06。
實(shí)施例3用復(fù)合化學(xué)鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni-B復(fù)合鍍層。其鍍覆方法如下氯化鎳30g/L，硼氫化鈉0.8g/L，乙二胺55g/L，氫氧化鈉40g/L，pH＝14，溫度75℃，類富勒烯結(jié)構(gòu)的PrF3納米材料的10g/L，時(shí)間3小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的PrF3納米材料的Ni-B復(fù)合鍍層的磨損量分別是Ni-B鍍層的21～30％、Ni-B-石墨復(fù)合鍍層的35～43％，其摩擦系數(shù)為0.035，而Ni-B和Ni-B-石墨的摩擦系數(shù)為0.12和0.065。
實(shí)施例4用復(fù)合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni復(fù)合鍍層。電鍍?nèi)芤旱某煞趾筒倏v條件如下硫酸鎳250g/L，氯化鎳30g/L，硼酸30g/L，pH＝3～4，溫度45～60℃，類富勒烯結(jié)構(gòu)的NdF3納米材料30g/L，陰極電流密度2A/dm2，時(shí)間2小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有類富勒烯結(jié)構(gòu)NdF3納米材料的Ni復(fù)合鍍層的磨損量是Ni鍍層的25～31％，其摩擦系數(shù)為0.037，Ni鍍層的摩擦系數(shù)為0.13。
實(shí)施例5用復(fù)合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層。電鍍?nèi)芤旱某煞趾筒倏v條件如下硫酸鎳200 g/L，氯化鎳15g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硫酸鈉40g/L，溫度75℃，類富勒烯結(jié)構(gòu)SmF3納米材料20g/L，陰極電流密度1.5A/dm2，時(shí)間2小時(shí)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明含有類富勒烯結(jié)構(gòu)SmF3納米材料的Ni-P復(fù)合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的20～25％，其摩擦系數(shù)為0.035，Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.10。
權(quán)利要求
1.含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層，其特征在于在鍍層中含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料，其粒徑為20～60納米；所述的類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料為LaF3，CeF3，PrF3，NdF3或SmF3。
2.含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于采用復(fù)合化學(xué)鍍和復(fù)合電沉積的方法，在復(fù)合鍍液中含有3～50g/L的類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于復(fù)合化學(xué)鍍?nèi)芤汉凸に嚄l件如下硫酸鎳或氯化鎳 10～35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鈉 0.5～35g/L鎢酸鈉 0～70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0～100g/L乳酸 0～20mL/LpH 4～14溫度 60～90℃類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料 5～40g/L鍍覆時(shí)間 2～4小時(shí)用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調(diào)整溶液的pH值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于復(fù)合電沉積溶液和工藝條件如下硫酸鎳 150～300g/L氯化鎳 10～80g/L硼酸 0～40g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸 0～40g/L硫酸納 20～90g/L溫度 15～80℃類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料 5～40g/L陰極電流密度 1～5A/dm2時(shí)間 1～3小時(shí)
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含有類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法。這種復(fù)合鍍層的制備是采用復(fù)合化學(xué)鍍或復(fù)合電沉積，在復(fù)合鍍液中含有5～40g/L的類富勒烯結(jié)構(gòu)的稀土氟化物納米材料。所述的類富勒烯結(jié)構(gòu)稀土氟化物納米材料為LaF
文檔編號(hào)C25D3/12GK1644761SQ20051004892
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月17日
發(fā)明者陳衛(wèi)祥 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)