纳米复合镀层的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电锻领域，具体设及一种脉冲电沉积Co/%〇3纳米复合锻层的电锻制 备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米复合电锻是在复合电锻基础上发展起来的新型电锻方法，是一种利用电锻技 术的特点在材料表面获得纳米材料性能的技术，从而为纳米材料的应用提供了一种最为简 便和较为经济的方法。纳米微粒具有表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道 效应等一系列特殊效应，将纳米粒子引入复合锻层中，形成的纳米复合锻层在力、光、电、热 及磁学等性能优异，可W赋予材料新的功能，使其广泛地应用于对材料表面具有特殊要求 的领域，具有很好的理论研究价值和应用前景。因此，随着航空航天、化工、机械W及冶金等 工业领域的快速发展，纳米复合电锻已成为现代电锻中一个重要的研发领域，受到越来越 多的重视。
【发明内容】
[0003] 本发明采用钻作为基质金属，锻钻层具有抗高溫氧化性好、硬度高、耐磨性好W及 优越的磁性能等特点；采用新型稀±纳米材料一-氧化锭纳米粉末作为稀±纳米颗粒，具 有优异的高透光性、耐热性、耐腐蚀性W及高溫稳定性。将Υ2〇3纳米粉末引入到复合电锻 中，采用脉冲电沉积方法对不诱钢材料进行表面改性，可W制备出具有高硬度、良好耐磨 性、耐蚀性、导电性W及抗高溫氧化性等综合性能优异的Co/%〇3纳米复合锻层。另外，通过 运种表面改性处理方法可W使得不诱钢表面获得具有耐热性和低摩擦系数的多功能膜，扩 大了不诱钢材料的应用范围，使得不诱钢材料增值，具有广阔的应用前景。同时，本专利发 明的脉冲电沉积Co/%〇3纳米复合锻层可作为固体氧化物燃料电池（S0FC)金属连接体的涂 层材料，还可W运用于其他各类金属表面，如金属铜，W提高材料的硬度、耐磨性、导电性W 及抗高溫氧化性。 阳004] 本发明采用的具体制备方案为：
[OCX)日](1)不诱钢材料的前处理
[0006] 将不诱钢样品线切割成IcmXlcmXO. 5畑1的尺寸大小，在预磨机上打磨工件表 面，蒸馈水清洗，丙酬、乙醇中超声波清洗，烘干备用；
[0007] 似基础电锻液的配置 [000引基础电锻液配方为
[0009] CoS(V7H2〇 I20-I80g/L· 50-80g/L NaCi 20-50g/L ；NaCi2H25S〇4 0.1-0.3g/L NH4CI 0.1-0.3g/L ^二甲基胺-2-两快 8-12mL/L 蒸溜水 余量
[0010] 基础电锻液的配制方法为：称量好W上物质，将棚酸加入蒸馈水中加热溶解后，再 向其中加入屯水硫酸钻、氯化钢、十二烷基硫酸钢、氯化锭和1-二甲基胺-2-丙烘，利用磁 力揽拌器揽拌使其分散均匀，沉淀完全溶解； W11] 做复合电锻液的配置 阳01引在步骤似中得到的基础电锻液中加入10-50g/L的Υ2〇3纳米粉末，先利用超声震 荡10-15min，然后采用磁力揽拌器揽拌比，使Υ2〇3纳米粉末均匀分散，形成复合电锻液， 阳01引其中，Υ2〇3纳米粉末的粒度为10-50皿；
[0014] (4)C0/Y2O3纳术夏合锻层的制备
[0015] 采用双电极平行放置装置进行脉冲电沉积，其中，钻板作为阳极（钻板纯度大于 99. 9%)，经过步骤（1)中前处理的不诱钢样品作为阴极，在步骤（3)中得到的复合电锻液 中采用恒电流方法控制电源进行电锻，并设定相应的时间：5-15min、电流密度：50-200mA/ cm2、频率：1000-2000Hz、占空比：30-90%，在水浴设备中控制溫度：25-35°C;
[0016] (5)将经过步骤（4)电沉积的不诱钢材料取出，用蒸馈水清洗，烘干。
[0017] 本发明的有益效果为：
[0018] 脉冲电锻是使电锻回路周期性地接通和断开，或者在固定直流上再叠加某一波形 脉冲的电锻方法，与普通电锻相比，脉冲电锻具有锻层平整致密、附着性好，电流效率高、环 保性能好等优点，且锻层光泽度高，机械性能也大有改善；
[0019] 经过脉冲复合电锻处理后的不诱钢表面Υ2〇3纳米颗粒分布较为均匀，粘结力较 好。获得的C〇/%〇3纳米复合锻层能够有效降低基体不诱钢化2〇3膜的生长速率，抑制化元 素向外扩散，提高氧化抗力，具有足够的抗剥落能力，对基体提供长期有效的防护。1-二甲 基胺-2-丙烘的加入使得纳米复合锻层同时具有硬度高、耐磨性、耐蚀性和导电性好等优 点。本发明设备简单，适用于固体氧化物燃料电池（S0FC)金属连接体等对硬度、耐磨、耐蚀 W及耐高溫性能有一定要求的零部件。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明中脉冲电沉积Co/%〇3纳米复合锻层装置示意图。
[0021] 图2为本发明中脉冲电沉积Co/%〇3纳米复合锻层工艺流程图。
[00巧图3为脉冲电沉积仿化03纳米复合锻层的SEM表面形貌灯203纳米粉末添加量为 30g/L)。 阳02引图4为矩形波脉冲电流波形示意图（占空比：50%，频率：2000Hz)。
[0024] 图5为不同实施例下纳米复合锻层的硬度值。
[0025] 图6为Co和Co/%〇3纳米复合锻层（实施例2中所制备）在700°C溫度下空气氧 化14化的动力学曲线化〇3纳米粉末添加量为30g/L，占空比：50%，频率：2000Hz)。
【具体实施方式】 阳0%] 实施例1 :
[0027] (1)将430SS样品线切割成IcmXIcmXO. 5cm的尺寸大小，在预磨机上用 180-2000#的SiC砂纸逐级打磨去除不诱钢表面氧化层，然后在丙酬、乙醇中超声波清洗各lOmin，烘干备用。 阳0測 似配置基础电锻液，锻液组成为：C〇S〇4·π?2〇 :150g/L，H3B〇3:60g/L，化C1 :40g/ L，化Ci2H25S〇4:0.Ig/L，NH4CI:0.Ig/L，其余为蒸馈水。称量好W上物质，棚酸在沸腾的蒸馈 水中充分溶解，待其冷却后加入屯水硫酸钻、氯化钢、十二烷基硫酸钢和氯化锭，利用磁力 揽拌器揽拌使W上物质混合均匀，沉淀完全溶解。
[0029] (3)配置复合电锻液，在配置完成的基础电锻液中加入30g/L的Υ2〇3纳米粉末（粒 度为40nm)，并利用超声震荡lOmin，磁力揽拌器揽拌比，使其混合均匀，形成复合电锻液。W30] (4)采用双电极平行放置装置进行电沉积，其中钻板作为阳极（钻板纯度 大于99.9% )，不诱钢作为阴极，在分散好的复合电锻液中采用恒电流方法控制电源 值PS15V5A，聚能科技）进行脉冲电锻，并设定相应的时间5min，电流密度88mA/cm2,频率 2000化和占空比50%，在水浴设备中控制溫度30°C，锻液的PH值范围为5. 0 (采用10 % 肥1溶液和3. 5 %化0H溶液调整溶液的PH值）。经过电锻工艺后，在不诱钢表面获得纳米 Υ2〇3改性的钻基复合锻层，厚度为8μm。
[0031] (5)沉积完成后将不诱钢锻件取出，用蒸馈水清洗，烘干后即可得到结合力良好、 分布均匀的Co/%〇3纳米复合锻层。 阳03引 实施例2 : 阳的引 （1)将430SS样品线切割成IcmXIcmXO. 5cm的尺寸大小，在预磨机上用 180-2000#的SiC砂纸逐级打磨去除不诱钢表面氧化层，然后在丙酬、乙醇中超声波清洗各 lOmin，烘干备用。
[0034] 似配置基础电锻液，锻液组成为：C〇S〇4 ·π?2〇 :150g/L，H3B〇3:60g/L，化C1 :40g/ L，化Ci2H25S〇4:0.Ig/L，NH4CI:0.Ig/L，1-二甲基胺-2-丙烘：10血/L，其余为蒸馈水。称量 好W上物质，棚酸在沸腾的蒸馈水中充分溶解，待其冷却后加入屯水硫酸钻、氯化钢、十二 烷基硫酸钢、氯化锭和1-二甲基胺-2-丙烘，利用磁力揽拌器揽拌使W上物质混合均匀，沉 淀完全溶解。
[0035] (3)配置复合电锻液，在配置完成的基础电锻液中加入30g/L的Y2化纳米粉末（粒 度为40nm)，并利用超声震荡lOmin，磁力揽拌器揽拌比，使其混合均匀，形成复合电锻液。W36] (4)采用双电极平行放置装置进行电沉积，其中钻板作为阳极（钻板纯度 大于99.9% )，不诱钢作为阴极，在分散好的复合电锻液中采用恒电流方法控制电源 值PS15V5A，聚能科技）进行脉冲电锻，并设定相应的时间5min，电流密度88mA/cm2,频率 2000化和占空比50%，在水浴设备中控制溫度30°C，锻液的PH值范围为5. 0 (采用10 % 肥1溶液和3. 5 %化0H溶液调整溶液的PH值）。经过电锻工艺后，在不诱钢表面获得纳米 Υ2〇3改性的钻基复合锻层，厚度为10μm。
[0037] (5)沉积完成后将不诱钢锻件取出，用蒸馈水清洗，烘干后即可得到结合力良好、 分布均匀的Co/%〇3纳米复合锻层。 阳03引 实施例3 :
[0039] (1)将430SS样品线切割成IcmXIcmXO. 5cm的尺寸大小，在预磨机上用 180-2000#的SiC砂纸逐级打磨去除不诱钢表面氧化层，然后在丙酬、乙醇中超声波清洗各lOmin，烘干备用。 柳4〇] 似配置基础电锻液，锻液组成为：C〇S〇4 ·π?2〇 :150