在金属基底表面加工碳化硅-镍复合耐腐蚀涂层的方法技术

本发明专利技术公开了一种在金属基底表面加工碳化硅

【技术实现步骤摘要】
在金属基底表面加工碳化硅
‑
镍复合耐腐蚀涂层的方法


[0001]本专利技术涉及耐腐蚀表面涂层加工
，特别是一种在金属基底表面加工碳化硅
‑
镍复合耐腐蚀涂层的方法。

技术介绍

[0002]在现代工业生产和日常生活中，金属起到了不可替代的作用。不同成分的金属已广泛应用在各个行业，包括汽车、厨房用具、船舶、航空工业和医疗器械等。随着工业现代化的发展，人们对于金属的使用性能和工艺性能要求的不断提高，传统的金属表面性能已经不能满足多功能复合要求，目前对金属进行表面改性处理已经成为研究热点。人们对金属表面的性能提出了更高的要求，特别是对于金属的表面耐腐蚀性等特性的要求越来越高。
[0003]碳化硅具有纯度高、粒径小、分布均匀、比表面积大、高表面活性、松装密度低的优点，并且碳化硅还具有极好的力学、热学、电学和化学性能，即具有高硬度、高耐磨性和良好的自润滑、高热传导率、低热膨胀系数及高温强度大等特点，这使得碳化硅得到了广泛的应用。碳化硅纳米粒子质量极小，重力对其影响可以忽略不计，在悬浊液中纳米粒子能够自由移动，将悬浊液铺展在具有微孔结构的表面，随溶剂蒸发纳米粒子会受微孔引导，在表面自组装成致密的涂层，特别适用于制作金属表面的耐腐蚀涂层，从而使金属的使用寿命及工作的可靠性提高。
[0004]电沉积镍涂层因为自钝化能力具备优异的耐蚀性，且强度与硬度优异；如果能够将碳化硅纳米粒子涂层与电沉积镍涂层结合，必然能够进一步增强金属的耐腐蚀性能；然而，电沉积镍时的温度和电位不足以使碳化硅导电，镍无法直接在碳化硅涂层上生长，因此限制了碳化硅
‑
镍复合耐腐蚀涂层的加工。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种在金属基底表面加工碳化硅
‑
镍复合耐腐蚀涂层的方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
[0007]一种在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将金属基底表面进行初磨后再进行抛光至金属基底表面呈光面，将金属基底清洗并干燥；
[0009]S2、利用激光在金属基底的光面上加工出若干中心距完全一致的乳突状凸起，乳突状凸起周围形成坑槽，将金属基底清洗并干燥；
[0010]S3、将激光处理后的金属基底放置在碳化硅纳米粒子
‑
丙酮悬浊液中，使溶液完全蒸发，使碳化硅纳米粒子在金属基底的光面上的坑槽中自组装形成碳化硅纳米粒子涂层；
[0011]S4、利用热震法处理金属基底，去除金属基底的光面上结合力较弱的碳化硅纳米粒子，然后将金属基底清洗并干燥；
[0012]S5、在金属基底的乳突状凸起上电沉积镍，电沉积过程中镍向水平方向平铺生长
并彼此连接形成覆盖在碳化硅纳米粒子涂层上的镍涂层，将电沉积镍涂层后的金属基底清洗并干燥，然后自然冷却。
[0013]进一步地，所述步骤S1中初磨的具体过程为：将金属基底表面依次用600目、1000目、1500目、2000目砂纸进行打磨。
[0014]进一步地，所述步骤S1中的抛光后的金属基底在去离子水中进行超声波清洗10min，然后在50℃干燥箱内干燥10min。
[0015]进一步地，所述步骤S2中激光加工的参数为：激光功率10w，光斑直径50μm，激光波长1060nm，脉冲持续时间10μs，扫描速度50mm/s，扫描频率20kHz；扫描路径为紧密排列内切圆直径为100μm的正六边形。
[0016]进一步地，所述步骤S3中的碳化硅纳米粒子
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丙酮悬浊液中碳化硅纳米粒子的质量百分比为1％。
[0017]进一步地，所述步骤S5中电沉积镍时所用的电沉积液有以下组分组成：硫酸镍256g/L，柠檬酸100g/L；氨水100～150mL/L；所述电沉积液的pH为7.5；电沉积参数为：沉积电压8V，电沉积频率1kHz，占空比70％，沉积时间为10min。
[0018]进一步地，所述碳化硅纳米粒子的直径为40nm，纯度为99.99％。
[0019]进一步地，所述步骤S2、S4中的清洗并干燥具体过程为：用去离子水冲洗3
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5min，然后在50℃干燥箱内干燥10min。
[0020]进一步地，所述步骤S5中的电沉积镍涂层后的金属基底清洗并干燥的具体过程为：在去离子水中进行超声波清洗3
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5min，然后在50℃干燥箱内干燥10min。
[0021]与现有技术相比，本专利技术首先采用激光加工工艺在表面构筑中心距完全一致的乳突状凸起，乳突状凸起周围形成为碳化硅纳米粒子自组装提供空间的坑槽，碳化硅纳米粒子完成自组装后形成涂层能够平铺在坑槽内，乳突状凸起顶部仍然暴露在碳化硅涂层之外成为电沉积镍生长的“种子”，乳突状凸起成为电沉积工艺的电流通路；此外由于所有相邻乳突状凸起中心距保持一致，电沉积镍过程中可以诱导电沉积过程中镍向水平方向平铺生长并彼此连接形成镍涂层，从而在金属表面制作出一层碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层，镍涂层自身因为自钝化能力具备优异的耐蚀性，且强度与硬度优异，能在表面保护碳化硅涂层不受外界冲击影响，碳化硅涂层稳定存在于金属基底材料和镍涂层之间能稳定抵御电化学腐蚀，此外碳化硅还有优异的耐热性能，由于其热膨胀系数低且硬度高，添加碳化硅的复合涂层能够有效提升耐热性，防止涂层因为基底材料和电沉积层的热膨胀系数不匹配而引起受热开裂，可广泛应用于汽车、厨房用具、船舶、航空工业和医疗器械等领域金属零部件的耐腐蚀需求。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的加工流程图。
[0023]图2为激光扫描路径。
[0024]图3为本专利技术实施例的40Cr钢表面加工后的表面扫描电镜图：(a)为激光加工后金属基底表面扫描电镜图；(b)为激光加工后自组装形成碳化硅纳米粒子涂层的金属基底表面扫描电镜图；(c)为激光加工、自组装形成碳化硅纳米粒子涂层后电沉积镍涂层的金属基底表面扫描电镜图。
[0025]图4为本专利技术实施例1制得的具有碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的40Cr钢在600℃加热10h后的极化曲线测试图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不用于限定专利技术。
[0027]实施例1
[0028]如图1所示，本实施例的一种在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，所用的金属基底采用40Cr钢，具体步骤如下：
[0029]将40Cr钢表面依次用600目、1000目、1500目、2000目砂纸进行打磨后再在抛光机上进行抛光，至40Cr钢表面呈光面，将40Cr钢在去离子水中进行超声波清洗10min，然后在50℃干燥箱内干燥10min本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将金属基底表面进行初磨后再进行抛光至金属基底表面呈光面，将金属基底清洗并干燥；S2、利用激光在金属基底的光面上加工出若干中心距完全一致的乳突状凸起，乳突状凸起周围形成坑槽，将金属基底清洗并干燥；S3、将激光处理后的金属基底放置在碳化硅纳米粒子
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丙酮悬浊液中，使溶液完全蒸发，使碳化硅纳米粒子在金属基底的光面上的坑槽中自组装形成碳化硅纳米粒子涂层；S4、利用热震法处理金属基底，去除金属基底的光面上结合力较弱的碳化硅纳米粒子，然后将金属基底清洗并干燥；S5、在金属基底的乳突状凸起上电沉积镍，电沉积过程中镍向水平方向平铺生长并彼此连接形成覆盖在碳化硅纳米粒子涂层上的镍涂层，将电沉积镍涂层后的金属基底清洗并干燥，然后自然冷却。2.根据权利要求1所述的在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中初磨的具体过程为：将金属基底表面依次用600目、1000目、1500目、2000目砂纸进行打磨。3.根据权利要求1所述的在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S1中的抛光后的金属基底在去离子水中进行超声波清洗10min，然后在50℃干燥箱内干燥10min。4.根据权利要求1所述的在金属基底表面加工碳化硅
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镍复合耐腐蚀涂层的方法，其特征在于，所述步骤S2中激光加工的参数为：激光功率10w，光斑直径50μm，激光波长1060...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晶，林瓯川，杜锋，杜新，吴思阳，陈佳琦，张龙飞，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：