一种电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co合金镀层的方法技术

本发明专利技术公开了一种电沉积制备石墨烯‑Ni‑Fe‑Co复合镀层的方法，包括：将NiSO4·6H2O、FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、NiCl·6H2O、石墨烯、NaCl、H3BO3、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)、糖精钠(C7H4NNaO3S·2H2O)、抗坏血酸(C6H8O6)和十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)加入到去离子水中制备电镀液，然后使用金相砂纸对基体钢片表面进行打磨并抛光至无划痕呈光滑镜面状；对基体钢片表面进行洗涤和干燥后，即可在电镀槽中进行电沉积制备所述复合镀层。本发明专利技术在传统Ni‑Fe二元合金镀层制备方法的基础上，设计出了一种全新的电沉积制备石墨烯‑Ni‑Fe‑Co多元合金镀层的方法。通过本发明专利技术的电镀方法所制备的镀层具有致密均匀，硬度高，耐磨性好，耐腐蚀性能好以及电催化析氢性能好等优点。此外，本发明专利技术所提供的电镀方法还具有成本低廉和操作简便等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co合金镀层的方法
本专利技术涉及金属表面处理—电镀合金
，尤其是一种电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co合金镀层的方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，新技术的应用越来越广泛，电沉积技术也在不断进步创新。纳米材料因其特殊的结构以及优异的性能，自问世以来就受到外界极大的关注，因此将纳米材料与传统电沉积技术结合也成为了一个创新点。石墨烯作为一种未来革命性的材料，其比表面积非常大且不会随着孔隙率的变化而改变，因此石墨烯非常容易发生团聚，常常堆积在一起组成多孔的立体结构；这种立体结构中含有大量的孔隙，非常有利于石墨烯和电解液之间进行离子扩散，这能够加快离子的吸附和脱附，因此，石墨烯是一种能够运用到电沉积技术中的理想材料。镍铁合金镀层为阴极性镀层，其防锈性能与镍相当，含铁量高于15％的镍铁合金镀层还具有较好的韧性和经济效益，近年来镍铁合金工艺发展很快，因为这种合金镀层以廉价的铁取代了部分镍，且所形成的合金镀层的色泽、整平性和硬度都比纯镍镀层好；此外，与光亮镀镍溶液相比，镍铁合金的镀液具有抗杂质离子干扰较强，以及电镀过程中短时间断电不会影响结合力等优点。但是，镍铁合金的温度使用范围较窄，通常在55～70℃之间可获得满意镀层，温度过低时，亮度差，镀液整平能力差；而温度过高时，稳定剂则易分解。此外，镍铁合金在电镀过程中还要求pH值不高于3.8。因此，为了获得不同用途的合金镀层，除了可以调控其结构或改变电镀条件来达到目的外，还可通过添加其它合金成分来得到理想镀层；例如：可将钴加入到镍中来促进镍表面形成致密的钝化膜，从而可提高所形成的镍钴合金耐腐蚀性；镍与钴形成固溶体时会产生固溶强化作用，这使镍钴合金拥有比金属镍更高的硬度，含钴30％以下的镍钴合金还具有白色金属外观，硬度较高，良好的耐磨性和化学稳定性等优点。因此，通过电沉积的方法往金属镍中添加石墨烯、铁和钴可开发出一种具有更优性能的石墨烯-Ni-Fe-Co合金镀层。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co合金镀层的方法。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)制备电镀液：将NiSO4·6H2O、FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、NiCl·6H2O、石墨烯、NaCl、H3BO3、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)、糖精钠(C7H4NNaO3S·2H2O)、抗坏血酸(C6H8O6)和十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)加入到去离子水中搅拌均匀后进行超声分散即可制得所述电镀液；2)基体前处理：依次用200目、400目、800目、1200目和1500目的金相砂纸对基体钢片的表面进行打磨，然后在抛光机上抛光，直至其表面无划痕呈光滑镜面状；3)电镀前处理：将步骤2)中打磨好的基体钢片的表面依次用无水乙醇、去离子水、盐酸和去离子水清洗，然后干燥制得待镀基体；4)电沉积：将步骤3)中制得的待镀基体为阴极，镍片为阳极，将阴极和阳极放入装有步骤1)中制备的电镀液的电镀槽中，调节电镀液的pH值至3.8，调节阴极与阳极之间距离为3～5cm，电流密度为60mA/cm2，镀液温度为60℃，磁力搅拌速率为120r/min；电镀0.5h即可制得所述石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层。优选地，所述电镀液各组分的质量浓度如下：优选地，所述的调节电镀液的pH值可使用稀硫酸或氢氧化钠。优选地，步骤1)中所述的超声分散的条件为：分散时长为2h，超声波功率为150W，工作频率为40KHZ。优选地，所述的基体钢片为Q235钢片。相对于现有的制备镍合金镀层的方法，本专利技术的原理及增益效果如下：(1)本专利技术将石墨烯与传统的Ni-Fe-Co镀液体系相结合，在电沉积过程中运用了磁力搅拌方式，这可加速溶液的对流，使阴极附近消耗的金属离子得到及时补充并降低阴极的浓差极化作用。因此，采用磁力搅拌后，可以在较高的电流密度和电流效率下得到紧密细致的镀层。此外，研究结果表明磁力搅拌条件下电沉积得到的镀层表面组织更加致密均匀，晶粒更加细小，且具有更大的真实表面积，是超声振荡条件下制得镀层的3倍，进而能增进复合镀层的电催化析氢活性。(2)本专利技术所制备的复合镀层表面晶粒密集均匀，具有硬度高，耐蚀性好，电催化析氢性能好等特点，大大地提高了镀层的质量和性能。(3)本专利技术的制备方法还具有操作简便，原料价格低廉，镀层的质量和性能稳定可靠等优点。附图说明图1为本专利技术的石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层的SEM图。具体实施方式下面进一步结合实施例和附图以详细说明本专利技术。同样应理解，以下实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，示例中具体的质量、反应时间和温度、工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，本领域的技术人员根据本专利技术的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本专利技术的保护范围。实施例：所用试剂如无特别指出均为商品化试剂，使用前均未进行进一步纯化。步骤1、配制电镀液，电镀液的成分和含量按表1的量添加：表1溶剂为去离子水。将所有组分按表1中列出的量加入到去离子水中混合搅拌均匀即可制得所述电镀液。电镀液使用前需使用稀硫酸或氢氧化钠调节其pH值，使其在60℃(最优温度)时的pH值为3.8。然后将配制好的电镀液放入超声波清洗器中超声2h，使电镀液完全均匀分散，备用；步骤2、取一块Q235钢片，分别用200目、400目、800目、1200目、1500目的金相砂纸对其表面进行打磨，然后在抛光机上抛光，直至表面无划痕呈光滑镜面状；步骤3、将步骤2中打磨好的Q235钢片的表面依次用无水乙醇、去离子水、盐酸和去离子水清洗，然后干燥制得待镀基体，电沉积之前务必保持待镀基体沉积面的洁净；步骤4、将步骤3得到的待镀基体作为阴极，镍片作为阳极，将阴极和阳极放入步骤1制得的电镀液中，保持两极间的距离为3～5cm，保持电镀槽的水浴温度恒为60℃，调节搅拌方式为磁力搅拌，搅拌速率为120r/min，电流密度为60mA/cm2，电镀时间为0.5h，得到的阴极镀件采用去离子水冲洗，然后在烘干箱中干燥，即可得到石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层。如图1所示，通过SEM表征可获得镀层样品的空间分布和形貌。将样品浸泡在KOH溶液中，通过电化学工作站可测试其在碱性溶液中的电催化析氢性能。实施例所制备的石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层的硬度为663.2HV，摩擦系数为0.39。采用型号为PGSTAT302N的电化学工作站对镀层进行交流阻抗和极化曲线测试，电解液为6mol/LKOH溶液，实验温度为常温(25℃)。电化学阻抗测试的初始电位为开路电位，频率范围为105～10-2Hz，扰动电位为5mV；极化曲线的扫描速率为2mV/s。根据塔菲尔公式，即η＝a+blogi可计算得出石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层在6mol/LKOH溶液中电解的交换电流密度和析氢过电位分别为147.6μA/cm2和0.486V。通过上述表征进一步证明了本专利技术所制备的复合镀层表面晶粒密集均匀，具有硬度高，耐蚀性好，电催化析氢性能好等特点，大大地提高了镀层的质量和性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电沉积制备石墨烯‑Ni‑Fe‑Co复合镀层的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)制备电镀液：将NiSO4·6H2O、FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、NiCl·6H2O、石墨烯、NaCl、H3BO3、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)、糖精钠(C7H4NNaO3S·2H2O)、抗坏血酸(C6H8O6)和十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)加入到去离子水中搅拌均匀后进行超声分散即可制得所述电镀液；2)基体前处理：依次用200目、400目、800目、1200目和1500目的金相砂纸对基体钢片的表面进行打磨，然后在抛光机上抛光，直至其表面无划痕呈光滑镜面状；3)电镀前处理：将步骤2)中打磨好的基体钢片的表面依次用无水乙醇、去离子水、盐酸和去离子水清洗，然后干燥制得待镀基体；4)电沉积：将步骤3)中制得的待镀基体为阴极，镍片为阳极，将阴极和阳极放入装有步骤1)中制备的电镀液的电镀槽中，调节电镀液的pH值至3.8，调节阴极与阳极之间距离为3～5cm，电流密度为60mA/cm2，镀液温度为60℃，磁力搅拌速率为120r/min；电镀0.5h即可制得所述石墨烯‑Ni‑Fe‑Co复合镀层。...

【技术特征摘要】
1.一种电沉积制备石墨烯-Ni-Fe-Co复合镀层的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)制备电镀液：将NiSO4·6H2O、FeSO4·7H2O、CoSO4·7H2O、NiCl·6H2O、石墨烯、NaCl、H3BO3、柠檬酸三钠(Na3C6H5O7·2H2O)、糖精钠(C7H4NNaO3S·2H2O)、抗坏血酸(C6H8O6)和十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)加入到去离子水中搅拌均匀后进行超声分散即可制得所述电镀液；2)基体前处理：依次用200目、400目、800目、1200目和1500目的金相砂纸对基体钢片的表面进行打磨，然后在抛光机上抛光，直至其表面无划痕呈光滑镜面状；3)电镀前处理：将步骤2)中打磨好的基体钢片的表面依次用无水乙醇、去离子水、盐酸和去离子水清洗，然后干燥制得待镀基体；4)电沉积：将步骤3)中制得的待镀基体为阴极，镍片为阳极，将阴极和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王书亮，李菀婷，秦海森，刘丽，陈玉瑶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51