一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni-Cu耐蚀合金镀层的方法技术

本发明专利技术提供一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni

【技术实现步骤摘要】
一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层的方法


[0001]本专利技术属于金属腐蚀防护
，涉及一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层的方法。

技术介绍

[0002]蒙乃尔合金是一种以金属镍为基底的合金，其相较与一般不锈钢、其他耐蚀性材料具有较好的耐腐蚀性能。蒙乃尔合金作为阀门、泵、传动轴、船用固定装置等部件应用于腐蚀环境中。但是蒙乃尔合金成本较高，大型零件或设备不适合整体使用蒙乃尔合金来制造。将蒙乃尔合金作为涂层可以在提高部件耐腐蚀性能的同时，大幅降低成本。
[0003]蒙乃尔合金一般通过熔炼工艺制备，在冷却时由于镍铜两种金属的熔点不同，导致成形后的合金中会有局部富铜区和富镍区的出现，不均匀的微观结构会影响其耐腐蚀性能。长时间服役过程中会发生点蚀(局部腐蚀)，腐蚀情况快速恶化会导致事故的发生。
[0004]结合上述分析，本专利提出一种碳钢表面表面制备蒙乃尔合金涂层的方法。结合喷射电沉积和表面激光淬火，实现均匀可控的蒙乃尔合金涂层制备。
[0005]申请号为CN201110287417.7的专利公开了一种“不锈钢表面热喷涂蒙乃尔合金涂层的方法”，以不锈钢为基材，在其表面热喷涂制备蒙乃尔合金涂层。本专利技术与该方式相比不需要制备前期热喷涂所需要的颗粒，该方式需要在工艺制作之前需要先通过搅动球磨法或者其他方式制备热喷涂粉末，该种方法前期的准备过于困难，相比较而言，电镀法制备Ni
‑
Cu耐蚀合金涂层更为简单且容易，只需要制备电镀需要的溶液并且镀液的成本也较为低。并且热喷涂法在喷涂时蒙乃尔合金颗粒与颗粒之间不可避免会存在一些孔隙和空洞，或者含有氧化物杂质，这在涂层制备时极大影响力涂层质量，导致涂层中会有孔隙、裂纹。这会极大程度上影响涂层表面质量以及内部结构，影响涂层的使用质量。
[0006]申请号为CN201510088698.1的专利公开了一种“低成本高耐蚀性能蒙乃尔合金涂层的制备方法”，该方法在钢表面采用电镀刷的方法制备镍铜涂层后加上热处理来制备蒙乃尔合金涂层。该方式在制备涂层时的工艺流程过于辅助，所需要的镀液繁琐且种类繁多。所需要的步骤多达20次。采用的热处理是感应加热和空冷，加热和冷却速度较慢，影响涂层质量。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种能够通过喷射电沉积以及表面激光淬火结合的方式来制备表面质量较好、成分均匀、耐腐蚀性能优异的蒙乃尔合金涂层。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0009]一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层的方法，首先，配置镀镍溶液、镀铜溶液。其次，将工件放置在溶液中，使电镀载体浸没在镀液中，使用喷射电沉积设备，以电镀载体作为阴极，以喷嘴作为阳极，依次使用电沉积方式将镀液喷射到所述电镀
载体上，形成“Ni
‑
Cu
‑
Ni三明治结构”复合镀层。清洗、风干后对该镀层进行激光表面淬火处理得到Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层。包括以下步骤：
[0010]第一步，将工件待镀表面进行预处理，作为后续反应的电镀载体。
[0011]第二步，配置电镀液，其中电镀液包括镀镍溶液、镀铜溶液
[0012]所述的镀镍溶液各组分及含量为：NiSO4·
6H2O 100～150g/L、NaCl 5～10g/L、H3BO
3 30～50g/L(维持溶液酸度的缓冲剂)、Na2SO
4 70～100g/L、C
12
H
25
NaSO4(SDS)0.1～0.15g/L(防针孔剂)，溶剂为去离子水。其中，各组分浓度优选为：NiSO4·
6H2O 130g/L、NaCl 8g/L、H3BO340g/L、Na2SO
4 80g/L、C
12
H
25
NaSO4(SDS)0.12g/L。
[0013]所述的镀铜溶液各组分及含量为：CuSO4·
5H2O 100～150g/L、NaCl 0.1～0.15g/L、PEG(聚乙二醇)5～8g/L，溶剂为去离子水。其中，各组分浓度优选为：CuSO4·
5H2O 120g/L、NaCl 0.1g/L、PEG(聚乙二醇)5g/L。
[0014]第三步，采用电沉积法制备镍隔绝层
[0015]首先，将镀镍溶液放入喷射电沉积设备的溶液循环系统中，加热至45～55℃。其次，将第一步预处理后的基体作为阴极，电沉积设备的喷嘴为阳极，采用直流电源，采用电沉积方式将镀镍溶液喷射到电镀载体上，进行第一次沉积，形成“三明治结构”中用与隔绝基底元素扩散的镍隔绝层；最后，沉积后取出基体分别用去离子水和酒精清洗，风干备用，由于在热处理时温度由上自下传递，到该层时温度已经不高了，所以涂层厚度不需要太厚。
[0016]第四步，更换镀槽以及电镀溶液，进行第二层沉积，制备铜镀层
[0017]将第三步的镀镍溶液更换为镀铜溶液，室温下，将第三步基体作为阴极，喷嘴为阳极，采用直流电源，在第三步沉积后获得的涂层表面上进行第二次沉积，形成铜镀层，即“三明治结构”中的夹心层。
[0018]第五步，更换镀槽以及电镀溶液，进行第三层沉积，制备镍镀层
[0019]将第四步的镀铜溶液更换为镀镍溶液，室温下，将第四步基体作为阴极，喷嘴为阳极，采用直流电源，在第四步沉积后获得的涂层表面上进行第三次沉积，形成镍镀层，即“三明治结构”中的上表层。最后，取出样件，分别用酒精和去离子水清洗，风干备用。
[0020]第六步，对第五步得到的涂层表面进行激光淬火
[0021]采用激光淬火加热装置，通过调整激光功率来调控淬火温度，设置好激光的光斑大小以及加工路径、加工功率、加工速度，加工过程中同时输入惰性气体(惰性气体用于防止涂层在热处理时发生氧化，且加快冷却速度，避开调幅分解)，对涂层表面进行淬火加工，实现涂层元素的扩散效果，最后待样件冷却完成后即可得到耐蚀镍铜(蒙乃尔)合金涂层。加工参数如下：
[0022]所述的加工路径为涂层表面；所述的加工功率为600～1500w，优选为900w；所述的加工速度为3～8mm/s，优选为5mm/s；所述的淬火温度为800～1000℃，优选1000℃。
[0023]进一步的，第三步所述的第一次沉积过程中的电流为恒流，电流密度为15～30mA/cm2、电镀20～60min，优选为20mA/cm2、电镀时间30min。
[0024]进一步的，第四步所述的第二次沉积过程中的电流为恒流，电流密度为15～30mA/cm2、电镀1～2h，优选为20mA/cm2、电镀时间1.5h。
[0025]进一步的，第五步所述的第三次沉积过程中的电流为恒流，电流密度为15～30mA/cm2、电镀40min～1.5h，优选为20mA/cm2、电镀时间1h。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层的方法，其特征在于，首先，配置镀镍溶液、镀铜溶液；其次，将工件放置在溶液中，使电镀载体浸没在镀液中，使用喷射电沉积设备，以电镀载体作为阴极，以喷嘴作为阳极，依次使用电沉积方式将镀液喷射到所述电镀载体上，形成“Ni
‑
Cu
‑
Ni三明治结构”复合镀层；清洗、风干后对该镀层进行激光表面淬火处理得到Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层。2.根据权利要求1所述的一种通过喷射电沉积以及激光淬火制备Ni
‑
Cu耐蚀合金镀层的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将工件待镀表面进行预处理，作为后续反应的电镀载体；第二步，配置镀镍溶液、镀铜溶液作为电镀液；所述的镀镍溶液各组分及含量为：NiSO4·
6H2O 100～150g/L、NaCl 5～10g/L、H3BO
3 30～50g/L、Na2SO
4 70～100g/L、C
12
H
25
NaSO4(SDS)0.1～0.15g/L，溶剂为去离子水；所述的镀铜溶液各组分及含量为：CuSO4·
5H2O 100～150g/L、NaCl 0.1～0.15g/L、PEG 5～8g/L，溶剂为去离子水；第三步，采用电沉积法制备镍隔绝层首先，将镀镍溶液放入喷射电沉积设备的溶液循环系统中，加热至45～55℃；其次，将第一步预处理后的基体作为阴极，电沉积设备的喷嘴为阳极，采用直流电源，采用电沉积方式将镀镍溶液喷射到电镀载体上，进行第一次沉积，形成“三明治结构”中用与隔绝基底元素扩散的镍隔绝层；最后，沉积后取出基体清洗、风干备用；第四步，更换镀槽以及电镀溶液，进行第二层沉积，制备铜镀层将第三步的镀镍溶液更换为镀铜溶液，室温下，将第三步基体作为阴极，喷嘴为阳极，采用直流电源，在第三步沉积后获得的涂层表面上进行第二次沉积，形成铜镀层，即“三明治结构”中的夹心层；第五步，更换镀槽以及电镀溶液，进行第三层沉积，制备镍镀层将第四步的镀铜溶液再次更换为镀镍溶液，室温下，将第四步基体作为阴极，喷嘴为阳极，采用直流电源，在第四步沉积后获得的涂层表面上进行第三次沉积，形成镍镀层，即“三明治结构”中的上表层；最后，取出样件，清洗、风干备用；第六步，对第五步得到的涂层表面进行激光淬火采用激光淬火加热装置，通过调整激光功率来调控淬火温度，设置好激光的光斑大小以及加工路径、加工功率、加工速度，加工过程中同时输入惰性气体，对涂层表面进行淬火加工，实现涂层元素的扩散效果，最后待样件冷却完成后即可得到耐蚀镍铜合金涂层；加工参数如下：所述的加工路径为涂层表面；所述的加工功率为600～1500w，所述的加工速度为3～8mm/s，所述的淬火温度为800～1000℃。3.根据权利要求2所述的一种通过喷射电沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：金佳贤，彭文海，潘文涛，方铁辉，王艳虎，姜瑞岳，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：