一种稀土掺杂的复合涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种稀土掺杂的复合涂层及其制备方法与应用，所述复合涂层包括基体以及复合镀层；所述复合镀层包括Ni

【技术实现步骤摘要】
一种稀土掺杂的复合涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于金属表面改性
，涉及一种稀土掺杂的复合涂层及其制备方法与应用，尤其涉及一种Ti3C2T
x
‑
Y粉体掺杂的复合涂层。

技术介绍

[0002]目前，在生产生活中因金属腐蚀造成的损失是巨大的。据不完全统计，全球每年因为钢铁的腐蚀而报废的设备占当年世界钢铁总产量的30％；全世界每年腐蚀造成的经济损失高达2.2亿美元，超过世界生产总值的3％。因此，目前来说对金属进行防腐蚀处理具有非常重大的意义。目前，表面处理技术被广泛应用于金属的防腐蚀研究，表面处理技术包括表面改性技术和表面镀覆技术。金属表面处理的方法很多，包括喷涂、真空蒸发和电镀等。
[0003]电沉积Ni
‑
P镀层凭借其价格低廉、设备简单、操作简便、易于控制等优异性能，已广泛应用于汽车、航空电子、计算机、化工和石油等领域。但是Ni
‑
P镀层因其脆性大、耐摩擦性能欠佳、耐腐蚀性能欠佳等缺点已经不能满足工业的需要，为了提高镍磷涂层的性能，研究人员将第三相微纳米颗粒掺杂进镍磷镀层中。南京工业大学Yun Chen等人将Al2O3微粒掺杂到Ni
‑
P镀层中，可使得镀层更加均匀，具有更好的耐腐蚀性；上海交通大学Xifeng Pan等人将Co掺杂到Ni
‑
P镀层中，使得镀层具有良好的微波吸收性能。
[0004]CN 104388920A公开了一种用于化学镀Ni
‑
P镀层无铬钝化的方法，所述方法的处理步骤如下：(1)配制无铬钝化液，在蒸馏水中依次加入氢氧化钠3
‑
20g/L、碳酸钠1
‑
10g/L、钼酸盐10
‑
60g/L、成膜促进剂2
‑
25g/L、缓冲剂2
‑
15g/L；(2)对需要镀镍的基材进行化学镀镍；(3)镀镍完成后，立即对镀镍件进行清洗并进行钝化处理，处理后经两道水洗并吹干或烘干。该专利提供的方法得到的钝化膜具有良好的耐氧化变色性能以及耐蚀性，但是铝酸盐体系增加耐蚀性的效果有限，若想进一步提高镀层的耐蚀性，需要采用其他的原料。
[0005]CN 205347570U公开了一种高耐蚀的钢基表面复合镀层材料，所述复合镀层材料包括碳钢基体和碳钢基体表面的化学镀复合镀层，碳钢基体表面的化学镀复合镀层的由内至外包括：Ni
‑
P镀层、Ni
‑
P纳米SiO2镀层、Ni
‑
Zn
‑
P镀层和Ni
‑
P镀层。该专利通过Zn的加入明显提高耐蚀性，但是四层结构的制备，使得制备过程繁琐，工艺复杂，不适合大规模产业化生产。
[0006]综上所述，如何大规模生产一种高耐腐蚀性能的复合涂层，是本领域重要的研究方向。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种稀土掺杂的复合涂层及其制备方法与应用，所述稀土掺杂的复合涂层具有疏水的表面微纳米结构，优异的防腐性能。所述制备方法工艺简单、成本低，适用于大规模生产。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种稀土掺杂的复合涂层，所述稀土掺杂的复合涂层包
括基体以及复合镀层；
[0010]所述复合镀层包括Ni
‑
P
‑
Ti3C2T
x
‑
Y(x＝1～3)镀层，其中T
x
包括
‑
F、
‑
O
‑
或
‑
OH中的任意一种。
[0011]本专利技术将Ti3C2T
x
‑
Y作为第三相微纳米颗粒掺杂进镍磷镀层中，Ti3C2T
x
颗粒的掺杂可以增长腐蚀物质的扩散路径，稀土元素还可以充当缓蚀剂的角色，使得镀层的防腐蚀性能得到提升。
[0012]本专利技术提供的稀土掺杂的复合涂层可以显著提高基体的抗腐蚀能力的主要原理为：Ni
‑
P涂层在腐蚀介质中会形成致密的Ni(OH)2和Ni3(PO4)2钝化膜，从而降低基体的腐蚀速率；在涂层中掺杂Ti3C2T
x
纳米片后，会产生“屏障效应”和“迷宫效应”，这是因为Ti3C2T
x
纳米片的颗粒尺寸较大，可作为抵抗腐蚀介质扩散的良好屏障填料，从而抑制了阴极反应，降低了腐蚀速率。Ti3C2T
x
纳米片上的Lewis酸和羟基会限制水和离子的输运，并且，Ti3C2T
x
纳米片上的负电荷也可以抑制氯离子向涂层的扩散，从而可以极大提高涂层的抗腐蚀性能。稀土元素作为一种绿色的缓释剂，因为在腐蚀过程中可以在涂层表面形成保护膜，可避免金属表面的过度腐蚀，提高了工件的表面质量。
[0013]优选地，所述基体包括钢铁。
[0014]优选地，所述复合镀层的厚度为10～15μm，例如可以是10μm、11μm、12μm、13μm、14μm或15μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0015]第二方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述稀土掺杂的复合涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0016](1)钛碳化铝经过刻蚀后与含钇化合物混合，而后依次进行水热反应、洗涤和烘干处理后得到Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体；
[0017](2)混合Ni
‑
P镀液以及步骤(2)所得Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体，得到电镀液；
[0018](3)采用步骤(2)所得电镀液对预处理后的基体表面进行电镀处理，得到所述稀土掺杂的复合涂层。
[0019]本专利技术提供一种稀土掺杂电化学沉积的Ni
‑
P
‑
Ti3C2T
x
‑
Y复合涂层的制备方法。在镀液中添加Ti3C2T
x
‑
Y微纳米颗粒，然后再通过电化学沉积的方式得到Ni
‑
P
‑
Ti3C2T
x
‑
Y复合涂层，来提高涂层耐蚀性。
[0020]本专利技术步骤(1)所述Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体的平均粒径为10～30μm，例如可以是10μm、15μm、20μm、25μm或30μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其他未被列举的数值同样适用。
[0021]优选地，步骤(1)所述刻蚀包括酸刻蚀。
[0022]优选地，步骤(1)所述钛碳化铝经过刻蚀后得到Ti3C2T
x
。
[0023]优选地，所述Ti3C2T
x
的浓度为20～30g
·
L
‑1，例如可以是20g
·
L
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土掺杂的复合涂层，其特征在于，所述稀土掺杂的复合涂层包括基体以及复合镀层；所述复合镀层包括Ni
‑
P
‑
Ti3C2T
x
‑
Y(x＝1～3)镀层，其中T
x
包括
‑
F、
‑
O
‑
或
‑
OH中的任意一种。2.根据权利要求1所述的稀土掺杂的复合涂层，其特征在于，所述基体包括钢铁；优选地，所述复合镀层的厚度为10～15μm。3.一种如权利要求1或2所述稀土掺杂的复合涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)钛碳化铝经过刻蚀后与含钇化合物混合，而后依次进行水热反应、洗涤和烘干处理后得到Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体；(2)混合Ni
‑
P镀液以及步骤(2)所得Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体，得到电镀液；(3)采用步骤(2)所得电镀液对预处理后的基体表面进行电镀处理，得到所述稀土掺杂的复合涂层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述刻蚀包括酸刻蚀；优选地，步骤(1)所述钛碳化铝经过刻蚀后得到Ti3C2T
x
；优选地，所述Ti3C2T
x
的浓度为20～30g
·
L
‑1；优选地，所述酸刻蚀中采用的酸液包括硝酸、盐酸或氢氟酸中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述酸液的浓度为40～50wt％；优选地，所述酸液和钛碳化铝的质量比为(1～2):1。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含钇化合物包括氯化钇、六水合硝酸钇或硫酸钇中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述水热反应的温度为150～200℃；优选地，步骤(1)所述水热反应的时间为8～12h；优选地，步骤(1)所述洗涤中的洗涤液包括去离子水和/或乙醇；优选地，步骤(1)所述烘干处理的温度为60～120℃；优选地，步骤(1)所述烘干处理的时间为12～24h。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电镀液中Ti3C2T
x
‑
Y复合粉体的浓度为2～8g
·
L
‑1；优选地，步骤(2)所述Ni
‑
P镀液的pH...

【专利技术属性】
技术研发人员：仉小猛，张伦梁，袁承宗，黄思宇，李将，翁瑶，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：