一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其是将金属基底经机械预处理、脱脂、活化等预处理后，将其于电镀液中进行水浴加热并同时进行直流电沉积，通过在电沉积过程中加入少量硫酸盐溶液，以制得沉积态多元Ni

【技术实现步骤摘要】
一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法


[0001]本专利技术属于合金镀层制备领域，具体涉及一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法。

技术介绍

[0002]电镀Ni基合金镀层具有良好的物理、化学和力学性能，被广泛应用于石油化工行业、航空航天行业、机械制造行业、电子通信行业等。其中，Ni
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W镀层具有较好的耐腐蚀性及耐磨性，以及良好的热稳定性和致密度，但是电镀Ni
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W层也存在一些问题，如镀层容易剥落，在沉积态时韧性较低，延展性差，不耐冲击，耐全面腐蚀能力高但容易发生点蚀等。而相比Ni
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W镀层，Ni
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Mo
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W镀层中Mo元素的存在可以显著降低镀层内应力，从而使该镀层具备更加优异的综合力学性能。材料的宏观物理性能往往决定于其微观结构，工艺的变化决定了镀层的微观结构，向Ni
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Mo
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W镀层中加入一种或多种合金元素，可进一步优化Ni
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W基固溶体或非晶合金的耐蚀性和耐磨性，而随着合金元素含量的增加，Ni
‑ꢀ
Mo
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W合金固溶强化作用明显增加，且在适当退火温度下，由于晶界弛豫现象的出现，晶界处缺陷有所下降，可使得Ni
‑ꢀ
Mo
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W基镀层拥有更高的硬度、耐磨性和耐蚀性。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于解决现有技术的不足，提供一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，该工艺操作简单，条件易于控制，重复性好，制得的镀层与基体结合良好、成膜质量较好、并具有良好的硬度与耐磨性，适用于各种五金制品、管道配件、拉链、牌匾、弹簧等金属材料的表面处理。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其是通过掺杂W、Mo元素降低镀层晶粒尺寸，并通过一定热处理工艺降低镀层内应力，从而使所得合金镀层具备优异的综合力学性能；其具体操作如下：1）将金属基底进行机械预处理使其表面光滑，然后用脱脂剂对其表面进行脱脂并进行超声清洗，再对黄铜片表面进行活化处理，以去除氧化层；2）将处理好的金属基底于电镀液中进行水浴加热的同时进行直流电沉积，制得沉积态多元Ni
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Mo
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W合金镀层；在电沉积过程中，向电镀液中加入一定量硫酸盐溶液，并采用具有超声发射功能的磁力搅拌器，以40~60kHz的频率进行超声振动，并以5~15 r/min的速率进行搅拌使其均匀；3）将沉积所得镀层进行真空热处理，获得多元Ni
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Mo
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W合金镀层。
[0005]进一步地，步骤1）所述金属基底为黄铜片；所述超声清洗的时间为5~25min。
[0006]进一步地，步骤1）所述活化处理是采用体积分数5~15%的稀盐酸或稀硫酸进行浸泡，直至表面氧化皮完全溶解，露出内部金属为止。
[0007]进一步地，步骤2）所述电镀液中含硫酸镍20~120 g/L、钨酸钠5~30g/L、钼酸钠5~20g/L、氯化铵2~10 g/L、碳酸钠5~60g/L、柠檬酸钠30~150g/L、十二烷基硫酸钠0.02~0.25 g/L，其pH为5~9。
[0008]进一步地，步骤2）所述水浴加热的温度为40~70℃，时间为5~35 min。
[0009]进一步地，步骤2）所述直流电沉积的电流密度为1~4 A/dm3，沉积时间为2~30 min。
[0010]进一步地，步骤2）中硫酸盐溶液的加入量按其在电镀液中的终浓度为0~20 g/L进行换算；所述硫酸盐为硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸钴、硫酸铜中的一种或几种。
[0011]进一步地，步骤3）所述真空热处理是以300~500 ℃保温30~300 min，然后随炉冷却至室温后，破真空取出。
[0012]本专利技术中工艺条件对电沉积有着重要的影响。电镀多元Ni
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Mo
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W合金镀层中主盐浓度对镀层中合金含量的大小有明显影响，镀层中合金元素的含量会随着钨酸钠以及硫酸盐浓度的上升而提高。镀层中合金元素含量的增加会使镀层的晶粒尺寸减小，起到细化晶粒的作用。通过分析镀层XRD衍射图谱可知，当合金元素含量较低时，多元Ni
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Mo
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W合金镀层是以合金元素为溶质、Ni为溶剂的置换型固溶体，随着合金元素含量的增加，镀层由晶态向非晶态转变；同时，随着镀层中合金元素含量的增加，镀层的摩擦系数减小，耐磨性变好，这是因为合金元素原子的置换在Ni晶格中起到了固溶强化作用；另外，W元素的加入可以有效降低镀层内应力，随着镀层中W含量的增加，镀层硬度缓慢增大，W元素含量控制在4 at%左右。此外，热处理会使晶粒粗大，降低镀层硬度。在400℃下进行真空热处理可有效降低晶粒尺寸及内应力，提高镀层的综合力学性能。
[0013]本专利技术的显著优势在于：本专利技术工艺操作简单，条件易于控制，重复性好，所得沉积镀层与基体结合良好、成膜质量较好，并具有良好的耐磨性、耐蚀性及热稳定性。
[0014]本专利技术通过Mo与W元素的加入以有效降低镀层晶粒尺寸，并通过一定热处理工艺降低镀层内应力，从而使该镀层具备更加优异的综合力学性能。该方法通过电沉积制备的多元Ni
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Mo
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W合金镀层可能成为在高摩擦磨损环境下金属保护镀层的有力候选。
附图说明
[0015]图1为实施例1、2、3所制备不同W元素含量的Ni
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Mo
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W镀层的XRD图。从图中可以看出，随着W元素含量的升高，镀层晶粒尺寸有所下降。
[0016]图2为实施例6、7、8不同热处理温度下所制备Ni
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Mo
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W镀层的XRD图。从图中可以看出，随着热处理温度的提高，镀层结晶程度升高，且晶粒尺寸有所增加。
[0017]图3为实施例1、2、3、4以及对比例1所制备的Ni
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Mo
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W镀层的硬度随W元素含量变化的曲线图。
[0018]图4为实施例3、9、10所制备的Ni
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Mo
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W镀层的硬度随Mo元素含量变化的曲线图。
[0019]图5为实施例6、3、7、8所制备Ni
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Mo
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W镀层的硬度和弹性模量随热处理温度变化的曲线图。
[0020]图6为实施例6、3、7、8不同热处理温度下所制备Ni
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Mo
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W镀层的微观形貌图，其中（a）25℃，（b）300℃，（c）400℃，（d）500℃。
具体实施方式
[0021]下面结合具体的实施例对本专利技术进行进一步的解释说明，但是并不用于限制本专利技术的保护范围。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种元素掺杂和热处理提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其特征在于，通过掺杂W、Mo元素降低镀层晶粒尺寸，并通过一定热处理工艺降低镀层内应力，从而使所得合金镀层具备优异的综合力学性能；其具体操作如下：1）将金属基底进行打磨预处理使其表面光滑，然后用脱脂剂对其表面进行脱脂并进行超声清洗，再对黄铜片表面进行活化处理，以去除氧化层；2）将处理好的金属基底于电镀液中进行水浴加热的同时进行直流电沉积，制得沉积态多元Ni
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Mo
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W合金镀层；在电沉积过程中，向电镀液中加入一定量硫酸盐溶液并搅拌混合；3）将沉积所得镀层进行真空热处理，获得多元Ni
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Mo
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W合金镀层。2.根据权利要求1所述的提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其特征在于，步骤1）所述金属基底为黄铜片；所述超声清洗的时间为5~25min。3.根据权利要求1所述的提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其特征在于，步骤1）所述活化处理是采用体积分数5~15%的稀盐酸或稀硫酸进行浸泡，直至表面氧化皮完全溶解，露出内部金属为止。4. 根据权利要求1所述的提高多元Ni基合金镀层力学性能的方法，其特征在于，步骤2）所述电镀液中含硫酸镍20~12...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晓健，林德源，万芯瑗，洪毅成，陈云翔，韩纪层，严康骅，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：