一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法技术

本发明专利技术涉及一种低温融盐无水制备纳米晶Ni‑W‑B合金的方法，属于电化学沉积及金属材料表面改性领域。该纳米晶Ni‑W‑B合金由以下步骤制备而得：将干燥的尿素、乙酰胺、氯化钠和溴化钾混合；然后加入氯化镍，钨酸钠，硼酸钠搅拌，形成低温融盐电解液；以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，搅拌并在氩气保护下进行恒电位沉积，得到纳米晶合金涂层；在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸溶胶，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体形成表面强化层。本发明专利技术将表面溶胶膜中及镀层本体中未还原的钨酸根和硼酸根还原为金属W、B，进一步提高镀层表面W、B含量，强化了镀层性能。

A method for low temperature molten salt anhydrous preparation of nanocrystalline Ni B alloy W

The invention relates to a method for preparing anhydrous low-temperature molten salt of nanocrystalline Ni W alloy B, which belongs to the field of electrochemical deposition and surface modification of metal materials. The nanocrystalline Ni W B alloy is prepared by the following procedures: dry urea, acetamide, sodium chloride and potassium bromide mixture; then adding nickel chloride, sodium tungstate, sodium borate, stirring, forming low temperature molten salt electrolyte; YISHION nickel plate as anode, carbon steel as the cathode, and mixing potentiostatic deposition in argon atmosphere, nano amorphous alloy coatings; in acid and boric acid sol spraying alloy coating, heat treatment of the reduction of W, B and the infiltration of metal nickel substrate surface strengthening layer in hydrogen environment. In the invention, the reduced tungstate and boric acid radicals in the surface sol film and the coating body are reduced to metal W and B, and the content of W and B on the surface of the coating is further improved, and the coating performance is strengthened.

【技术实现步骤摘要】
一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法
本专利技术涉及一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，属于电化学沉积及金属材料表面改性领域。
技术介绍
目前，制备纳米晶表面涂层来改进和提高材料的防护性能已成为重要的研究课题。在诸多纳米晶涂层的制备方法中，以电化学理论为基础的电沉积法是获得纳米晶表面涂层的有效方法。在电场作用下，金属离子在阴极被还原、转化、结晶，在纳米尺度进行有序排列、组装成单相或多相的纳米晶表面涂层。通过控制沉积过程的电流密度、电极电位、温度、溶液组成等电化学参数，可获得密度高、孔隙率小、纯度高的纳米晶表面涂层。在机械零部件的防腐耐磨涂层中，Ni基合金以其良好的耐蚀性和耐磨性得到了广泛的应用。但是传统的从水溶液中电沉积的方法研究的较多，且难以制备纳米晶涂层，低温融盐电沉积可以在无水低温条件下操作，成为制备高性能Ni基合金的新方法。但是从低温融盐中直接电沉积Ni-W-B合金目前还未见相关报道。采用现有的电沉积技术制备的Ni-W-B合金表层中W、B含量较低且难以有效调控。
技术实现思路
本专利技术为了克服以上现有技术的不足，提供一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，以克服传统电沉积方法的不足，实现无水条件下Ni-W-B的电沉积，同时经表面强化后，镀层表面W、B含量进一步增高，所得镀层致密，孔隙率小，具有更优异的耐蚀性和耐磨性。本专利技术通过下列技术方案实现：一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，其特征在于，该纳米晶Ni-W-B合金由以下步骤制备而得：（1）将尿素、乙酰胺、六水合氯化镍、钨酸钠、硼酸钠分别放置于80～120℃下真空干燥6～12h；（2）将已干燥的尿素、乙酰胺和氯化钠、溴化钾，按尿素30～50wt.%、乙酰胺30～55wt.%、氯化钠10～15wt.%、溴化钾2～10wt.%混合配制电解液溶体；然后在每升所述电解液溶体内加入主盐氯化镍0.1～0.5mol，钨酸钠0.03～0.2mol，硼酸钠0.01-0.15mol，在60～90℃下搅拌，形成低温融盐电解液；（3）以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，阴阳极间距0.5～1.0cm，电解温度25～45℃、搅拌速率200～500r/min，在氩气保护下施加电位-1.0～-1.3Vvs.Ag/AgCl进行恒电位沉积3-40分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层。（4）随后在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸混合溶胶膜层，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体，进一步提高镀层表面W、B含量，形成表面强化层。所述的表面强化层经过以下步骤处理得到：按质量份，将1份钨酸与0.5-1份硼酸混合，加入10-15份无水乙醇，机械搅拌1-4小时，经加热减压蒸馏浓缩至溶胶，然后在Ni-W-B合金表面喷涂制备该溶胶膜层；随后将该样品放入管式电阻炉中进行加氢还原热处理，温度400℃～550℃，升温梯度1～8℃/min，保温时间4～12h，H2气流量100～220mL/min，最终将溶胶膜层中及镀层本体未还原的钨酸跟和硼酸根还原为金属W、B并渗入金属镍基体，进一步提高了镀层表面W、B含量，形成了纳米晶Ni-W-B合金涂层，该合金涂层具有优异的耐磨性和耐蚀性。本专利技术公开的一种纳米晶Ni-W-B合金的制备方法，通过选用尿素、乙酰胺、氯化钠、溴化钾制备低温融盐溶体，与六水合氯化镍、钨酸钠、硼酸钠主盐混合制备低温融盐电解液，以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，在氩气保护下恒电位沉积3-40分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层；然后在合金表面喷涂钨酸与硼酸混合的溶胶膜，最后在具有强还原的氢气环境下进行热处理，将表面溶胶膜中及镀层本体中未还原的钨酸根和硼酸根还原为金属W、B并渗入金属镍本体，进一步提高镀层表面W、B含量，强化了镀层性能，形成纳米晶Ni-W-B合金涂层，该合金涂层具有优异的耐磨性和耐蚀性。有益效果：1、本专利技术采用低温融盐直接电沉积Ni-W-B合金，然后为提高合金表层W、B含量，在涂层表面喷涂钨酸与硼酸混合溶胶膜层，在强还原气氛中进行热处理将其还原为金属W、B并使其部分溶入金属镍基体，进一步提高镀层表面W、B含量，形成表面强化层，获得优良的耐腐蚀性和耐磨性。2、本专利技术提供的Ni-W-B合金实现了无水无氧条件的电沉积制备，工艺简单，耐蚀性和耐磨性都显著提高。3、本专利技术提供的表面强化层的制备方法，进一步提高了镀层表面W、B的含量，表面层的耐蚀耐磨性能得到了进一步的提高，在高端耐蚀耐磨领域具有巨大的应用前景。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的上述技术方案作进一步的描述，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本专利技术的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1将尿素、乙酰胺、六水合氯化镍、钨酸钠、硼酸钠分别放置于真空干燥箱中在80℃下真空干燥12h；将已干燥的尿素、乙酰胺和氯化钠、溴化钾，按尿素40wt.%、乙酰胺40wt.%、氯化钠15wt.%、溴化钾5wt.%的比例混合形成电解液溶体；然后在每升上述电解液溶体内加入氯化镍0.1mol，钨酸钠0.03mol，硼酸钠0.15mol，在60℃下搅拌1h，形成低温融盐电解液；取所制得的低温融盐电解液100mL，以纯镍板为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极间距0.5cm，电解温度25℃、搅拌速率400r/min，在氩气保护下施加电位-1.1Vvs.Ag/AgCl进行恒电位沉积10分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层。按质量份，将1份钨酸与0.5份硼酸混合，加入10份无水乙醇，机械搅拌1小时，经加热减压蒸馏浓缩至溶胶，然后在Ni-W-B合金表面喷涂制备该溶胶膜层；随后将该样品放入管式电阻炉中进行还原热处理，温度400℃，升温梯度1℃/min，保温时间4h，降温梯度为空冷，H2气流量100mL/min，最终将表面溶胶膜中及镀层本体夹杂的未还原的钨酸跟和硼酸根还原为金属W、B并渗入金属镍基体，即制得纳米晶Ni-W-B合金涂层，该合金涂层具有优异的耐磨性和耐蚀性。实施例2将尿素、乙酰胺、六水合氯化镍、钨酸钠、硼酸钠分别放置于真空干燥箱中在90℃下真空干燥9h；将已干燥的尿素、乙酰胺和氯化钠、溴化钾，按尿素30wt.%、乙酰胺55wt.%、氯化钠13wt.%、溴化钾2wt.%的比例混合形成电解液溶体；然后在每升上述电解液溶体内加入氯化镍0.5mol，钨酸钠0.1mol，硼酸钠0.12mol，在75℃下搅拌3h，形成低温融盐电解液；取所制得的低温融盐电解液100mL，以纯镍板为阳极，不锈钢为阴极，阴阳极间距1cm，电解温度30℃、搅拌速率500r/min，在氩气保护下施加电位-1.2Vvs.Ag/AgCl进行恒电位沉积20分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层。按质量份，将1份钨酸与0.5份硼酸混合，加入10份无水乙醇，机械搅拌2小时，经加热减压蒸馏浓缩至溶胶，然后在Ni-W-B合金表面喷涂制备该溶胶膜层；随后将该样品放入管式电阻炉中进行还原热处理，温度450℃，升温梯度8℃/min，保温时间6h，降温梯度为空冷，H2气流量130mL/min，最终将表面溶胶膜中及镀层本体夹杂的未还原的钨酸跟和硼酸根还原为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温融盐无水制备纳米晶Ni‑W‑B合金的方法，其特征在于，该纳米晶Ni‑W‑B合金由以下步骤制备而得：步骤1，配置融盐电解液：将干燥的尿素、乙酰胺、氯化钠和溴化钾，按尿素30～50 wt.%、乙酰胺30～55 wt.%、氯化钠10～15 wt.%、溴化钾2～10wt.%混合配制电解液溶体；然后在每升所述电解液溶体内加入主盐氯化镍0.1～0.5 mol，钨酸钠 0.03～0.2 mol，硼酸钠 0.01‑0.15 mol，在60～90℃下搅拌，形成低温融盐电解液；步骤2，恒电位沉积：以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，控制电解液温度为25～45 ℃，搅拌并在氩气保护下进行恒电位沉积 3‑40分钟，得到纳米晶Ni‑W‑B合金涂层；步骤3，喷涂表面强化层：在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸溶胶，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体，以提高镀层表面W、B含量，形成表面强化层。

【技术特征摘要】
1.一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，其特征在于，该纳米晶Ni-W-B合金由以下步骤制备而得：步骤1，配置融盐电解液：将干燥的尿素、乙酰胺、氯化钠和溴化钾，按尿素30～50wt.%、乙酰胺30～55wt.%、氯化钠10～15wt.%、溴化钾2～10wt.%混合配制电解液溶体；然后在每升所述电解液溶体内加入主盐氯化镍0.1～0.5mol，钨酸钠0.03～0.2mol，硼酸钠0.01-0.15mol，在60～90℃下搅拌，形成低温融盐电解液；步骤2，恒电位沉积：以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，控制电解液温度为25～45℃，搅拌并在氩气保护下进行恒电位沉积3-40分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层；步骤3，喷涂表面强化层：在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸溶胶，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体，以提高镀层表面W、B含量，形成表面强化层。2.根据权利要求1所述的低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，其特征在于，所述的钨酸与硼酸溶胶的制备方法为：将1重量份的钨酸与0.5-1重量份的硼酸混合后，加入10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李保松，骆鸿，张薇薇，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32