一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层及其制备方法，其包括如下步骤：步骤一，配制电镀液并调节电镀液pH至4.0~4.5；步骤二，以镍为阳极，以待镀基体为阴极，将阳极和阴极置于电镀液中，在步进式直流电流的作用下沉积形成镀层，所述步进式直流电流的电流密度调节范围为0.25~2.75A/dm2，调节幅度为0.25 A/dm2，每个电流密度下的电镀时间根据性能需求进行合理限定；步骤三，将电镀完成后的中间产品进行退火处理，然后随炉冷却至室温，得到具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层。其能够在待镀基体表面生成一层梯度纳米结构镍镀层，以提高待镀基体的耐磨性能。镀基体的耐磨性能。镀基体的耐磨性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属材料表面镀镍
，具体涉及具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层及其制备方法。

技术介绍

[0002]许多工程材料所面临的大部分挑战都源于表面，表面的失效会加速整体失效，进而影响最终的材料的机械性能和使用寿命。多年来，由磨损引起的过早失效一直是影响大多数金属材料表面的主要问题之一。采用表面处理技术对材料表面进行改性或强化处理，可以显著提高材料的耐磨性、延长使用寿命、降低生产成本。近些年，表面纳米化技术引起了强烈的关注，其形成的特殊的梯度纳米结构会带来很多优点，其中之一就是表面晶粒纳米化后带来的高硬度、高耐磨性。与此同时，天然耐磨材料会自适应形成一种表面细晶粒，内部粗晶粒的梯度结构，这与表面梯度纳米结构十分类似。所以梯度纳米结构有很大的可能具有良好的耐磨性能。
[0003]目前，梯度结构的制备方式主要是表面塑性变形或者物理、化学沉积。典型的几种塑性变形方式有：表面机械研磨技术、表面机械碾磨技术、表面机械碾压技术以及传统的扭转等。但是表面塑性变形会引入大量缺陷，且生成的结构梯度不可控，同时，明显的塑性变形有可能改变工件形状，对于精度较高的生产不太实用。典型的几种沉积方式有：溅射沉积、激光、电子束沉积、PVD、CVD、电化学沉积等，存在设备操作复杂、生产成本高昂的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层及其制备方法，其能够在待镀基体表面生成一层梯度纳米结构镍镀层，以提高待镀基体的耐磨性能。
[0005]本专利技术所述的具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法，其包括如下步骤：步骤一，配制电镀液并调节电镀液pH至4.0~4.5；步骤二，以镍为阳极，以待镀基体为阴极，将阳极和阴极置于电镀液中，在步进式直流电流的作用下沉积形成镀层，所述步进式直流电流的电流密度调节范围为0.25~2.75A/dm2，调节幅度为0.25 A/dm2，每个电流密度下的电镀时间根据性能需求进行合理限定；步骤三，将电镀完成后的中间产品进行退火处理，然后随炉冷却至室温，得到具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层。
[0006]进一步，所述步骤二中，在电流密度为0.25 A/dm2的条件下电镀2000~3000s，在电流密度为0.5A/dm2的条件下电镀400~800s，在电流密度为0.75 A/dm2的条件下电镀400~800s，在电流密度为1A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.25 A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.5 A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.75 A/dm2的条件下电镀300~700s，在电流密度为2 A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流密度为2.25 A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流密度为2.5A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流
密度为2 .75A/dm2的条件下电镀100~300s。
[0007]进一步，所述步骤二中，在电流密度为0.25 A/dm2的条件下电镀2400s，在电流密度为0.5A/dm2的条件下电镀600s，在电流密度为0.75 A/dm2的条件下电镀600s，在电流密度为1A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.25 A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.5 A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.75 A/dm2的条件下电镀500s，在电流密度为2 A/dm2的条件下电镀200s，在电流密度为2.25 A/dm2的条件下电镀200s，在电流密度为2.5A/dm2的条件下电镀200s，在电流密度为2 .75A/dm2的条件下电镀200s。
[0008]进一步，所述电镀液包括以下浓度的组分：200~300 g/L的NiSO4·
6H2O、15~45 g/L 的NiCl2·
6H2O、15~45 g/L的 H3BO3和0.1~0.2 g/L的C
12
H
25
SO3Na。
[0009]进一步，所述步骤二中镀层厚度为25~60μm。
[0010]进一步，所述步骤三的退火处理的退火温度为200~500℃，退火时间为1~2h。
[0011]进一步，所述步骤二中待镀基体浸入电镀液前进行预处理，具体为：先采用砂纸打磨待镀基体表面，然后采用无水乙醇进行超声清洗，酸洗，用蒸馏水冲洗，吹干待用。
[0012]一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层，采用上述的具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法制得。
[0013]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果。
[0014]1、本专利技术通过对电流密度、电镀时间、退火温度及退火时间进行特殊限定，保证了在待镀基体表面生成致密均匀的镀层，该镀层为梯度纳米结构，具有较强的耐磨性能，起到了保护基体金属的作用。
[0015]2、本专利技术采用步进式直流电流电镀法在待镀基体表面制得了梯度纳米镀层，操作简单，对设备要求低，成本低廉，采用常规瓦特液作为电镀液，配制方便，对环境危害较小，满足环保要求。而且生成的镀层更加致密且镀层与基体的结合力强，尺寸变化较小，同时使得基体金属的耐磨性能得到了较大的改善。
附图说明
[0016]图1是不同退火温度下镀层的磨损量对比图；图2是不同电流密度梯度曲线下镀层的电镀流程图；图3是不同电流密度梯度曲线下镀层的磨损量对比图；图4是不同厚度的镀层的电镀流程图；图5是不同厚度的镀层的磨损量对比图；图6是不同厚度的镀层的硬度分布图；图7是制得镀层的整体形貌图；图8是制得镀层的微观形貌图，a为纳米晶部分，b为过渡部分，c为粗晶部分。
具体实施方式
[0017]下面结合附图对本专利技术作详细说明。
[0018]实施一，一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法，其包括如下步骤：步骤一，配制电镀液，所述电镀液包括以下浓度的组分：240 g/L的NiSO4·
6H2O、30g/L 的NiCl2·
6H2O、30 g/L的 H3BO3和0.15 g/L的C
12
H
25
SO3Na，使用氨水调节电镀液pH至
4.2。
[0019]步骤二，以镍为阳极，以待镀基体为阴极，水浴锅温度设置为50℃，搅拌速度为443rpm，将阳极和阴极置于电镀液中，在步进式直流电流的作用下沉积形成镀层，所述步进式直流电流的电流密度调节范围为0.25~2.75A/dm2，调节幅度为0.25 A/dm2，在电流密度为0.25 A/dm2的条件下电镀2400s，在电流密度为0.5A/dm2的条件下电镀600s，在电流密度为0.75 A/dm2的条件下电镀600s，在电流密度为1A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.25 A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.5 A/dm2的条件下电镀1150s，在电流密度为1.75 A/dm2的条件下电镀500s，在电流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，配制电镀液并调节电镀液pH至4.0~4.5；步骤二，以镍为阳极，以待镀基体为阴极，将阳极和阴极置于电镀液中，在步进式直流电流的作用下沉积形成镀层，所述步进式直流电流的电流密度调节范围为0.25~2.75A/dm2，调节幅度为0.25 A/dm2，每个电流密度下的电镀时间根据性能需求进行合理限定；步骤三，将电镀完成后的中间产品进行退火处理，然后随炉冷却至室温，得到具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层。2.根据权利要求1所述的具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，在电流密度为0.25 A/dm2的条件下电镀2000~3000s，在电流密度为0.5A/dm2的条件下电镀400~800s，在电流密度为0.75 A/dm2的条件下电镀400~800s，在电流密度为1A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.25 A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.5 A/dm2的条件下电镀1000~1300s，在电流密度为1.75 A/dm2的条件下电镀300~700s，在电流密度为2 A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流密度为2.25 A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流密度为2.5A/dm2的条件下电镀100~300s，在电流密度为2 .75A/dm2的条件下电镀100~300s。3.根据权利要求2所述的具有梯度纳米结构的耐磨镍镀层的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，在电流密度为0.25 A/dm2的条件下电镀2400s，在电流密度为0.5A/dm2的条件下电镀600s，在电流密度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王忠维，张仁鹏，牟方萍，麻彦龙，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：