一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法技术

一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法，属于材料技术领域，按以下步骤进行：（1）将碳钢基体置于水中电析获得电导碳钢基体；（2）将电导碳钢基体置于去应力溶液中浸泡后清洗烘干；（3）放入脱脂溶液中加入焦磷酸钠保温后清洗；（4）置于中和液中浸泡后清洗；（5）置于定晶液中浸泡后清洗，然后置于正磷酸钠水溶液中浸泡后清洗；（6）置于调整液中浸泡后清洗；（7）置于活化液中浸泡后清洗；（8）置于非晶处理液中处理后清洗，获得具有镍基非晶涂层的碳钢基体。本发明专利技术的方法操作简便，制备的具有镍基非晶涂层硬度高，具有优良的耐腐蚀性能和耐磨损性能，并且外表美观，能够用于装饰材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料
，特别涉及一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法。
技术介绍
非晶材料作为金属存在的特殊形式，具有高耐腐蚀性、高耐磨损性、高硬度以及优越的装饰性能，在交通、通讯、航空、航天等领域有着广泛的应用领域。但是现有非晶材料制备工艺复杂，限制了其在一些领域的应用。由于非晶材料脆性极大，并在大气环境下极易迅速在表面形成一层惰性的氧化层，因此采用常规的方法在金属表面制备非晶涂层受到一定的限制。目前，非晶材料制备方法主要为晶体生长，工艺复杂且设备昂贵，生长速度慢。在碳钢表面制备涂层是提高碳钢耐腐蚀性能的重要方法，在某些条件下表面涂层需要一定的硬度等性能，因此常用化学镀等方法制备晶体涂层，但该种涂层的耐腐蚀性并不理想，寻找一种在碳钢表面制备非晶涂层，提高涂层的耐腐蚀性能同时，使涂层具备良好的综合性能是目前急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有碳钢表面涂层制备技术上存在的问题，本专利技术提供一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法，通过对化学镀工艺的改进，在碳钢基体表面制备非晶涂层，提高涂层的综合性能。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、电导：将碳钢基体置于水中，采用全膜式气压离子交换器进行电析，控制水的电导率为15~60μS/cm，然后向水中加入乳化剂OP，控制OP在水中的浓度为2.5~5mg/L，电析1~5h获得具有表面活性的电导碳钢基体；2、去应力：将电导碳钢基体置于去应力溶液中，浸泡8~20h，然后取出用水将表面清洗干净，再在160~200℃条件下烘干13~20h，获得去应力碳钢基体；所述的去应力溶液为OP和偏硅酸钠水溶液，OP浓度为2~60g/L，偏硅酸钠的浓度为12~50 g/L；3、脱脂：将去应力碳钢基体放入脱脂溶液中，在温度45~75℃和搅拌条件下，向脱脂溶液中加入焦磷酸钠，至焦磷酸钠的浓度为0.5~50 g/L，保温4~35min，然后取出用温度60±5℃的水将表面清洗干净，再用常温水清洗表面2~5min，获得脱脂碳钢基体；所述的脱脂溶液为脂肪酸乙二醇脂和平平加水溶液，脂肪酸乙二醇脂的浓度为5~16 g/L，平平加浓度为18~35 g/L；4、中和：将脱脂碳钢基体置于中和液中浸泡2~50s，取出后用常温水清洗表面2~5min，获得中和碳钢基体；所述的中和液为富马酸、吐温和乳酸水溶液，富马酸的浓度为11~78 g/L，吐温的浓度为12~36 g/L，乳酸的浓度为5~38 g/L；5、定晶：将中和碳钢基体置于温度为50~78℃的定晶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，然后置于重量浓度10~52%的正磷酸钠水溶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得定晶碳钢基体；所述的定晶液为氧化锆、六次甲基四胺、正磷酸和硫酸钙的水溶液，氧化锆浓度为0.2~52 g/L，六次甲基四胺的浓度为1.5~50 g/L，正磷酸的浓度为2~8 g/L，硫酸钙的浓度为5~48 g/L；6、表面调整：将定晶碳钢基体置于调整液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得调整碳钢基体；所述的调整液为偏硅酸钠、氯化钙和六次甲基四胺水溶液，偏硅酸钠的浓度为2~75 g/L，氯化钙的浓度为1.5~25 g/L，六次甲基四胺的浓度为2~19.5 g/L；7、活化：将调整碳钢基体置于活化液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得活化碳钢基体；所述的活化液为氟化氢铵、氯化氢和硫脲水溶液，氟化氢铵的浓度为12~95 g/L，氯化氢的浓度为25~255 g/L，硫脲的浓度为2~9.5 g/L；8、非晶处理：将活化碳钢基体置于非晶处理液中，在温度为48~96℃和电流密度为1~15A/dm 2的条件下处理15~240min，取出后用水将表面清洗干净，获得具有镍基非晶涂层的碳钢基体；所述的非晶处理液为钨酸钠、硫酸镍、富马酸、苹果酸、次磷酸钠、乙酸钠、丁二酸、乳酸、洁晶剂α-羟基丙烷三羟酸钠和助晶剂甘氨酸水溶液，钨酸钠的浓度为2~50 g/L，硫酸镍的浓度为2~75 g/L，富马酸的浓度为0.5~20 g/L，苹果酸的浓度为2~39 g/L，次磷酸钠的浓度为10~40 g/L，乙酸钠的浓度为1~35 g/L，丁二酸的浓度为1~30 g/L，乳酸的浓度为2~50 g/L，洁晶剂α-羟基丙烷三羟酸钠的浓度为0.1~38 g/L，助晶剂甘氨酸的浓度为0.1~22 g/L。上述的镍基非晶涂层的厚度为15~100μm。上述的镍基非晶涂层为非晶态涂层，其中镍的重量百分比为80~95%，钨的重量百分比为2~18%，余量为杂质，杂质为丙烯酸脂、聚氨脂和其他不可避免杂质。上述的镍基非晶涂层的硬度为HV600~1200，磨损率最大为1.02 g/am2，腐蚀速率≤3.6g/am2。上述方法中，镍基非晶涂层在制备完成后进行固膜处理，能够提高非晶涂层的强度和韧性，改进非晶涂层的表面状态，使非晶涂层表面改性，提高硬度和磨损率，方法为：将具有镍基非晶涂层的碳钢基体置于温度80~100℃的浓度0.05~1g/L氧化锆水溶液中浸泡3~20min，然后再150~200℃和惰性气氛条件下烘干至少20min；如果镍基非晶涂层在制备完成后没有及时进行固膜处理，可将碳钢基体置于重量浓度0.1~10%的烷基醇酰胺水溶液中，浸泡90~180min，然后再进行固膜处理。上述方法中，如果制备镍基非晶涂层过程中产生渗氢，会造成晶格扭曲，内应力增大，产生脆性，使非晶涂层晶化，耐腐蚀性降低，发生上述情况时将具有镍基非晶涂层的碳钢基体按上述方式进行固膜，然后进行封闭处理，封闭处理的方法是将固膜完成后的碳钢基体置于温度40~90℃的封闭溶液中，浸泡至少120min；所述的封闭溶液为柠檬酸和EDTA二钠水溶液，柠檬酸的浓度为2~10g/L，EDTA二钠的浓度为2~45 g/L。本专利技术的方法原理是通过电导增加水的活度，激活碳钢表面；通过去应力改善基体内部环境，增大与非晶层结合强度；通过脱脂洁净基体表面；通过中和去除残留的少量的脱脂液；通过定晶改性基体表面，使表面处于定向有序状态；通过表面调整：激活基体表面，增大非晶层结合强度及成膜的速度及厚度；通过非晶处理获得非晶层。本专利技术的方法通过合理的非晶处理工艺，不采用含氰、铬及氟的成分，减少了环境污染，操作简便，制备的具有镍基非晶涂层硬度高，热震960次表面无变化，没有裂纹，具有优良的耐腐蚀性能和耐磨损性能，并且外表美观，能够用于装饰材料。具体实施方式本专利技术实施例中采用的碳钢为45#钢。本专利技术实施例中采用的全膜式气压离子交换器为市购产品。本专利技术实施例中采用的OP、偏硅酸钠、焦磷酸钠、富马酸、吐温、乳酸、氧化锆、六次甲基四胺、正磷酸、硫酸钙、氯化钙、氟化氢铵、盐酸、硫脲、钨酸钠、硫酸镍、苹果酸、丁二酸和次磷酸钠为分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的脂肪酸乙二醇脂为分析纯试剂。本专利技术实施例中采用的平平加为分析纯试剂。本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）电导：将碳钢基体置于水中，采用全膜式气压离子交换器进行电析，控制水的电导率为15~60μS/cm，然后向水中加入乳化剂OP，控制OP在水中的浓度为2.5~5mg/L，电析1~5h获得电导碳钢基体；（2）去应力：将电导碳钢基体置于去应力溶液中，浸泡8~20h，然后取出用水将表面清洗干净，再在160~200℃条件下烘干13~20h，获得去应力碳钢基体；所述的去应力溶液中OP浓度为2~60g/L，偏硅酸钠的浓度为12~50 g/L；（3）脱脂：将去应力碳钢基体放入脱脂溶液中，在温度45~75℃和搅拌条件下，向脱脂溶液中加入焦磷酸钠，至焦磷酸钠的浓度为0.5~50 g/L，保温4~35min，然后取出用温度60±5℃的水将表面清洗干净，再用常温水清洗表面2~5min，获得脱脂碳钢基体；所述的脱脂溶液中脂肪酸乙二醇脂的浓度为5~16 g/L，平平加浓度为18~35 g/L；（4）中和：将脱脂碳钢基体置于中和液中浸泡2~50s，取出后用常温水清洗表面2~5min，获得中和碳钢基体；所述的中和液中富马酸的浓度为11~78 g/L，吐温的浓度为12~36 g/L，乳酸的浓度为5~38 g/L；（5）定晶：将中和碳钢基体置于温度为50~78℃的定晶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，然后置于重量浓度10~52%的正磷酸钠水溶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得定晶碳钢基体；所述的定晶液中氧化锆浓度为0.2~52 g/L，六次甲基四胺的浓度为1.5~50 g/L，正磷酸的浓度为2~8 g/L，硫酸钙的浓度为5~48 g/L；（6）表面调整：将定晶碳钢基体置于调整液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得调整碳钢基体；所述的调整液中偏硅酸钠的浓度为2~75 g/L，氯化钙的浓度为1.5~25 g/L，六次甲基四胺的浓度为2~19.5 g/L；（7）活化：将调整碳钢基体置于活化液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得活化碳钢基体；所述的活化液中氟化氢铵的浓度为12~95 g/L，氯化氢的浓度为25~255 g/L，硫脲的浓度为2~9.5 g/L；（8）非晶处理：将活化碳钢基体置于非晶处理液中，在温度为48~96℃和电流密度为1~15A/dm 2的条件下处理15~240min，取出后用水将表面清洗干净，获得具有镍基非晶涂层的碳钢基体；所述的非晶处理液中钨酸钠的浓度为2~50 g/L，硫酸镍的浓度为2~75 g/L，富马酸的浓度为0.5~20 g/L，苹果酸的浓度为2~39 g/L，次磷酸钠的浓度为10~40 g/L，乙酸钠的浓度为1~35 g/L，丁二酸的浓度为1~30 g/L，乳酸的浓度为2~50 g/L，α‑羟基丙烷三羟酸钠的浓度为0.1~38 g/L，甘氨酸的浓度为0.1~22 g/L。...

【技术特征摘要】
1.一种在碳钢表面制备镍基非晶涂层的方法，其特征在于按以下步骤进行：
（1）电导：将碳钢基体置于水中，采用全膜式气压离子交换器进行电析，控制水的电导率为15~60μS/cm，然后向水中加入乳化剂OP，控制OP在水中的浓度为2.5~5mg/L，电析1~5h获得电导碳钢基体；
（2）去应力：将电导碳钢基体置于去应力溶液中，浸泡8~20h，然后取出用水将表面清洗干净，再在160~200℃条件下烘干13~20h，获得去应力碳钢基体；所述的去应力溶液中OP浓度为2~60g/L，偏硅酸钠的浓度为12~50 g/L；
（3）脱脂：将去应力碳钢基体放入脱脂溶液中，在温度45~75℃和搅拌条件下，向脱脂溶液中加入焦磷酸钠，至焦磷酸钠的浓度为0.5~50 g/L，保温4~35min，然后取出用温度60±5℃的水将表面清洗干净，再用常温水清洗表面2~5min，获得脱脂碳钢基体；所述的脱脂溶液中脂肪酸乙二醇脂的浓度为5~16 g/L，平平加浓度为18~35 g/L；
（4）中和：将脱脂碳钢基体置于中和液中浸泡2~50s，取出后用常温水清洗表面2~5min，获得中和碳钢基体；所述的中和液中富马酸的浓度为11~78 g/L，吐温的浓度为12~36 g/L，乳酸的浓度为5~38 g/L；
（5）定晶：将中和碳钢基体置于温度为50~78℃的定晶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，然后置于重量浓度10~52%的正磷酸钠水溶液中，浸泡20~30s，取出后用水将表面清洗干净，获得定晶碳钢基体；所述的定晶液中氧化锆浓度为0.2~52 g/L，六次甲基四胺的浓度为1.5~50 g/L，正磷酸的浓度为2~8 g/L，硫酸钙的浓度为5~48 g/L；
（6）表面调整：将定晶碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德高，王贺莹，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21