一种Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ni‑P‑YSZ/Ni‑P双层纳米复合镀层及其施镀工艺，镀液(1)组成如下：镀液主盐12～20g/L，还原剂28～40g/L，络合剂27～39g/L，缓冲剂10～25g/L，加速剂8～15g/L，稳定剂1～2mg/L，调节pH为4.5～5.0，溶剂为蒸馏水；镀液(2)组成如下：镀液主盐12～22g/L，还原剂15～25g/L，络合剂20～40g/L，缓冲剂10～25g/L，稳定剂1～2mg/L，YSZ(钇稳定氧化锆)纳米粒子1～18g/L，表面活性剂1.5～3g/L，pH为7.0～7.5，溶剂为蒸馏水。施镀工艺是：配置镀液(1)和镀液(2)，对样品表面进行除油、除锈、清洗和活化处理，分别在镀液(1)和镀液(2)进行施镀，镀液均放置在恒温水浴中，总施镀时间2.0～2.5小时。将镀件在保护气氛中，400～450℃保温处理1.0～1.5小时，随炉冷后取出，得到双层纳米复合镀层形貌良好、硬度高、耐磨性和耐腐蚀性强，具有较低的表面粗糙度。

【技术实现步骤摘要】
一种Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层及制备方法
本专利技术涉及一种化学复合镀
，特别是涉及一种化学复合镀Ni-P-YSZ/Ni-P镀液及其制备工艺。
技术介绍
Ni-P合金化学镀制备高性能镀层的工艺是近年来快速发展起来的一种新型表面保护和表面强化技术手段。化学镀镍层具有优良的耐腐蚀性、硬度高、耐磨性好等优良的综合性能，在工程领域如航空航天、石油化工、机械、汽车、能源、医疗等得到了广泛的应用。化学镀是通过镀液中的还原剂使金属离子在金属表面的自催化作用下进行还原的金属沉积过程。在施镀过程中会出现一些针孔、麻点等缺陷，造成镀层在腐蚀介质中形成电偶腐蚀，使得镀层不仅对基体起不到保护作用，反而加速了基体材料的破坏。随着工业技术的发展，对各类零部件的耐磨、耐腐蚀性要求越来越高，单一的化学镀已经不能满足发展的需求。为了提高镀层的机械和耐腐蚀性能，在单层Ni-P镀层的基础上发展了双层的Ni-P镀层，在一定程度上解决了单层Ni-P镀层出现的问题。研究发现，Ni-P镀层中磷的含量会影响镀层的晶体结构和性能，含磷量为低磷(1～5wt.％)的涂层硬度高，耐磨性好，但耐蚀性差；高磷涂层(＞5wt.％)具有良好的耐蚀性和力学性能。因此双层的复合镀层，与单一的镀层相比，其综合性能得到明显改善。纳米粒子由于其量子尺寸效应而具有许多众所周知的独特的物理和化学性质，因此在Ni-P基体中加入固体纳米颗粒提高了硬度和耐腐蚀性，拓宽其在工程领域的潜在应用，是提高涂层防护性能的有效方法。钇完全稳定的氧化锆(YSZ)纳米颗粒由于在二氧化锆中添加一定量的钇，能显著改变二氧化锆的相变温度范围，从而产生室温下稳定的立方晶体及四方晶体。YSZ具有化学惰性、低导热性、高硬度、断裂韧性和优异的耐磨性，广泛应用于提高金属材料表面特性的材料中。目前，关于YSZ纳米颗粒增强Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层材料的高校化学镀设计方面的报道很少。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种Ni-P-YSZ/Ni-P纳米复合镀层及其制备方法，镀层形貌均匀，外层与内层界面良好，无微孔；且由于其特殊的双层结构加表层纳米颗粒，不仅具有良好的显微硬度和耐磨性，而且具有优异的耐蚀性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层，其特征在于，镀液(1)组成如下：镀液主盐12～20g/L，还原剂28～40g/L，络合剂27～39g/L，缓冲剂10～25g/L，加速剂8～15g/L，稳定剂1～2mg/L，调节pH为4.5～5.0，溶剂为蒸馏水；镀液(2)组成如下：镀液主盐12～22g/L，还原剂15～25g/L，络合剂20～40g/L，缓冲剂10～25g/L，稳定剂1～2mg/L，YSZ纳米粒子1～18g/L，表面活性剂1.5～3g/L，pH为7.0～7.5，溶剂为蒸馏水。进一步地，镀液(1)主盐是硫酸镍；还原剂是亚磷酸二氢钠；络合剂是乳酸和柠檬酸的混合物；缓冲剂是乙酸钠；加速剂是丁二酸；稳定剂是硫脲；镀液(2)主盐是硫酸镍；还原剂是亚磷酸二氢钠；络合剂是柠檬酸钠；缓冲剂是乙酸钠；稳定剂是硫脲；表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠。进一步地，所述镀液(1)络合剂为酸性镀液络合剂，成分为乳酸7～15g/L，柠檬酸20～24g/L的混合物；所述镀液(2)为碱性镀液络合剂，成分为柠檬酸钠20～40g/L。一种如上所述的Ni-P-YSZ/Ni-P纳米复合镀层的施镀工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)样品表面预处理：对表面进行研磨和抛光处理，用酒精和去离子水冲洗干净；用含酒精的超声波清洗5～10分钟，再冲洗干净并吹干；(2)配置两种不同类型的镀液；(3)样品表面活化处理：将样品在50～60℃的碱性溶液中清洗10～20分钟，用去离子水清洗后进行冷空气干燥；在10wt.％盐酸溶液中浸泡1～2分钟；用去离子水冲洗并吹干；(4)施镀工艺：调节镀液(1)的pH值调至4.5～5.0，加热温度到80℃，将处理好的样品放入镀液中进行预镀；预镀结束后用80℃的去离子水冲洗表面，立即放入加有YSZ纳米粒子的镀液(2)中施镀，调节pH值调至7.0～7.5；预镀时间1.0～1.5小时，总镀时间为2.0～2.5小时；(5)镀后处理：将镀件在保护气氛中进行1.0～1.5小时的热处理，热处理温度400～450℃；热处理后炉冷，取出，即得满足镀层要求的镀件。进一步地，步骤(3)中的碱性溶液成分包括氢氧化钠30g/L、硅酸钠20g/L、碳酸钠25g/L和磷酸钠20g/L；除油温度60℃～90℃、时间30分钟。进一步地，所述的YSZ纳米分散液是先将纳米YSZ粉体加入溶解有1.5～3g/L十二烷基硫酸钠的镀液(2)中，经高速搅拌和超声分散制得。进一步地，高速搅拌的转速为500～1000rpm，分散时间为10～15分钟；第一次超声波分散功率为600～1000W，超声波分散的时间为5～10分钟；第二次超声波分散功率为1000～1500W，超声波分散的时间为15～20分钟。进一步地，步骤(5)的保护气氛是氮气或氩气。Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层具有Ni-P涂层的所有优点，外层Ni-低P镀层硬度较高、耐磨性较好，内层Ni-高P镀层良好的耐蚀性，两者表现出不同的腐蚀电位，有时可以充当牺牲阳极的作用。此外，腐蚀过程通常通过镀层内的孔隙或小缺陷从表面到基体，而双相结构的存在将阻止一些孔垂直穿过表面进入基体，由此进一步提高了镀层的耐腐蚀性。YSZ纳米粒子是Ni-P-YSZ合金镀层中YSZ元素的主要来源，可以使腐蚀电位向正电位方向增大，腐蚀电流密度减小，而且YSZ纳米颗粒的加入促进了镀层表面钝化膜的形成，从而提高了镀层的耐腐蚀性能。由于YSZ纳米颗粒的高硬度，且复合镀层中的纳米粒子阻止了基体中位错的移动和晶界的滑动，从而进一步提高复合镀层的耐磨性和显微硬度。本专利技术的有益效果是：本专利技术所得的双层纳米复合镀层界面良好结合，无微孔，镀层表面光滑、晶粒细小，镀层的耐腐蚀性能和耐磨性都得到了提高。整个涂层分为两部分，基底层是Ni-高P层，表层是Ni-低P/YSZ的混合涂层。附图说明图1是实施例1所得Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层的表面形貌图；图2是实施例1所得Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层的截面形貌图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1一种纳米YSZ复合镀Ni-P-YSZ/Ni-P合金镀液，该镀液的参数及各组份的含量如下：镀液(1)：硫酸镍12g/L，亚磷酸二氢钠30g/L，乳酸10g/L，柠檬酸20g/L，硫脲1mg/L，乙酸钠15g/L，丁二酸10g/L。溶剂为蒸馏水，溶液体积为混合后溶质和溶剂的总体积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层，其特征在于，镀液(1)组成如下：镀液主盐12～20g/L，还原剂28～40g/L，络合剂27～39g/L，缓冲剂10～25g/L，加速剂8～15g/L，稳定剂1～2mg/L，调节pH为4.5～5.0，溶剂为蒸馏水；镀液(2)组成如下：镀液主盐12～22g/L，还原剂15～25g/L，络合剂20～40g/L，缓冲剂10～25g/L，稳定剂1～2mg/L，YSZ纳米粒子1～18g/L，表面活性剂1.5～3g/L，pH为7.0～7.5，溶剂为蒸馏水。/n

【技术特征摘要】
1.一种Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层，其特征在于，镀液(1)组成如下：镀液主盐12～20g/L，还原剂28～40g/L，络合剂27～39g/L，缓冲剂10～25g/L，加速剂8～15g/L，稳定剂1～2mg/L，调节pH为4.5～5.0，溶剂为蒸馏水；镀液(2)组成如下：镀液主盐12～22g/L，还原剂15～25g/L，络合剂20～40g/L，缓冲剂10～25g/L，稳定剂1～2mg/L，YSZ纳米粒子1～18g/L，表面活性剂1.5～3g/L，pH为7.0～7.5，溶剂为蒸馏水。


2.根据权利要求1所述的Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层，其特征在于镀液(1)主盐是硫酸镍；
还原剂是亚磷酸二氢钠；
络合剂是乳酸和柠檬酸的混合物；
缓冲剂是乙酸钠；
加速剂是丁二酸；
稳定剂是硫脲；
镀液(2)主盐是硫酸镍；
还原剂是亚磷酸二氢钠；
络合剂是柠檬酸钠；
缓冲剂是乙酸钠；
稳定剂是硫脲；
表面活性剂是十二烷基苯磺酸钠。


3.根据权利要求2所述的Ni-P-YSZ/Ni-P双层纳米复合镀层，其特征在于所述镀液(1)络合剂为酸性镀液络合剂，成分为乳酸7～15g/L，柠檬酸20～24g/L的混合物；所述镀液(2)为碱性镀液络合剂，成分为柠檬酸钠20～40g/L。


4.权利要求1所述的Ni-P-YSZ/Ni-P纳米复合镀层的施镀工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)样品表面预处理：对表面进行研磨和抛光处理，用酒精和去离子水冲洗干净；用含酒精的超声波清洗5～10分钟，再冲洗干净并吹干；
(2)配置两种不同类型的镀液；
(3)样品表面活化处理：将样品在5...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆鸿，李晓刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11