专利名称：含有纳米富勒烯的镀液及其制备复合镀层的工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于一种表面处理技术，具体地说是一种含有纳米富勒烯的镀 液及其制备复合镀层的工艺。
背景技术：
目前在化学镀液中加入纳米粒子，使其与基质金属共沉积可得到纳米 复合化学镀层。基于纳米粒子的特殊性能，制得的复合镀层呈现多种独特的性能。这些性 能包括高硬度、耐磨性、高温抗氧化性、高温耐磨性、耐腐蚀性等。目前国内外对纳米自润 滑复合化学镀工艺的研究，主要是在镀液中添加纳米粒子，如碳化硅、金刚石、石墨以及层 状结构的金属硫化物，但目前含有这些固体颗粒的复合镀层在其耐磨性能、自润滑性能、摩 擦学性能对环境的稳定性并不是十分理想，特别是对镀层的抗微动损伤性能方面也不十分
王困相富勒烯具有球状结构，有良好的化学稳定性和优异的摩擦学性能。纳米富勒烯材 料可以改善复合镀层的摩擦学性能和抗微动损伤性能。目前具有类富勒烯结构的硫化物和 稀土氟化物纳米材料制备耐磨和减摩的复合镀层的研究的文献主要有[1]陈卫祥，涂江平，马晓春，等.Ni-P-无机类富勒烯WS2纳米材料化学复合复层 的制备及其摩擦学性能初步研究[J].化学学报，2002，60 (9) =1722-1726.[2]涂江平.含无机类富勒烯(IF)过渡族金属硫化物纳米复合涂层的环境摩擦磨 损特性[J].机械工程学报，2007，43(1) 77-82.但是迄今为止有关用富勒烯纳米材料制备化学复合镀层工艺的研究及对复合镀 层的抗微动损伤性能的研究还未见报道。发明内容本发明的目的是研制一种含有纳米富勒烯的镀液及用该镀液制备复 合镀层的工艺，从而得到一种具有抗微动损伤性能的复合镀层。本发明的技术方案是一种含有纳米富勒烯的镀液，其特征在于该镀液中含有硫酸镍或氯化镍 10-40g/L，次亚磷酸纳或硼氢化钠0. 4-35g/L，柠檬酸三钠或乙二胺10_120g/L，乙酸钠或 氢氧化钠8-60g/L，丁二酸3-20g/L，碘化钾或硫酸铊0-25mg/L，按2 1-3 1的比例配制 的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物20-150mg/L，直径为30-400nm的纳米富 勒烯粒子l_25g/L，用硫酸或氨水调整溶液的PH值至4. 5-14。阳离子表面活性剂可以是十六烷基三甲基溴化铵或三乙醇胺，非离子表面活性剂 可以是0P乳化剂。一种采用上述镀液制备复合镀层的工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤A、按每L镀液中含有硫酸镍或氯化镍10_40g，次亚磷酸纳或硼氢化钠0. 4_35g， 柠檬酸三钠或乙二胺10-120g，乙酸钠或氢氧化钠8-60g，丁二酸3-20g，碘化钾或硫酸铊 0-25mg的计量，分别用少量去离子水使其完全溶解；B、按每L镀液中含有直径为30-400nm的纳米富勒烯粒子l-25g，2 1-3 1的 比例配制的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物20-150mg的计量，使纳米富勒 烯粒子与复配物作亲水表面处理，然后用搅拌器搅拌30-35min ；C、再将上述各组分混合成均勻的溶液，并用硫酸或氨水调PH至4. 5-14，加去离子水定容后获得富勒烯化学复合镀液，备用；D、将镀件表面进行除油及活化处理后，将镀件置于温度为75_95°C的传统Ni-P或 Ni-B基础镀液中进行预镀30-35min ；E、再将预镀后的镀件置于预备的富勒烯化学复合镀液中，采用搅拌器以 60-85rad/min进行搅拌，并在温度75_95°C下浸镀1_3. 5h，就获得具有抗微动损伤特性的 优良复合镀层。在本发明中硫酸镍或氯化镍是主盐，次亚磷酸纳或硼氢化钠是还原剂，柠檬酸三 钠或乙二胺是络合剂，乙酸钠或氢氧化钠是缓冲剂，丁二酸是加速剂，碘化钾或硫酸铊是稳 定剂，上述组分及含量也可以作常规替换。纳米富勒烯粒子包括C28、c32、c5(1、c6(1、c7(1、c78、c82、 c84、c90等，都以球状或椭圆状结构存在，都具有良好的化学稳定性和优异的润滑性能，选用 其中任何一种纳米富勒烯粒子的化学复合镀液均可得到具有抗微动损伤特性的复合复层。 表面活性剂与纳米富勒烯粒子应当充分结合，使得表面活性剂被吸附在纳米富勒烯粒子表 面，起到分散纳米粒子、防止纳米粒子聚结和团聚的作用，保证纳米富勒烯粒子充分均勻分 散。m-P或m-B基础镀液即未加纳米粒子的常见传统镀液。对不同材料镀件(基体)镀覆具有抗微动损伤特性的优良复合镀层的具体工艺流 程可以是(1)在45#钢基体上镀覆含有纳米富勒烯粒子的复合镀层，工艺流程为化学除油一去离子水清洗一酸洗一去离子水清洗一活化一去离子水清洗一基础 镀液预镀一富勒烯化学复合镀液复合镀一去离子水清洗一烘干一检测。(2)在钛合金基体上镀覆含有纳米富勒烯粒子的复合镀层，工艺流程为机械抛光及除油一去离子水清洗一酸浸蚀一去离子水清洗一浸锌活化一去离子 水清洗一基础镀液预镀一热处理除氢一富勒烯化学复合镀液复合镀一去离子水清洗一烘 干一检测。本发明具有下列特点和有益效果1、在化学镀液中添加纳米富勒烯粒子，由于纳米富勒烯粒子有表面活性剂的保 护，使得富勒烯纳米粒子在镀液中均勻分散。2、用本发明的制备工艺制备的纳米富勒烯复合镀层，可以提高机械零部件的抗微 动损伤性能，从而延长金属零件的使用寿命，并且降低能源消耗，因此在汽车、机械、航空航 天等工业部门具有广泛的应用价值。3、本发明制备含有纳米富勒烯的复合镀层的方法简单，制备工艺稳定，条件易控 制，镀层厚度均勻、结合力好。可以镀覆在不同的金属零件表面上，适合于工业化生产。
具体实施例方式实施例1 用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程化学除油一去离子水清洗一酸洗一去离子水清洗一活化一去离子水清洗一基础 镀液预镀一富勒烯化学复合镀液复合镀一去离子水清洗一烘干一检测。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件
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硫酸镍25g/L，次亚磷酸纳24g/L，乙酸钠llg/L，柠檬酸三钠17g/L，丁二酸15g/L， 纳米富勒烯C6(1粒子(纯度达到99% )4g/L，碘化钾10mg/L，表面活性剂55mg/L，温度88°C， PH 4. 5-5. 0，时间 2. 5h。本实施例中，施镀过程中采用磁力搅拌器以60-65rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，用扫描电子显微镜观察Ni-P/C6(l镀层的形貌，与Ni-P镀层 表面形貌对比，结果如下两种镀层都有比较平整的表面，但Ni-P/C6(l镀层相对Ni-P镀层没有明显的“馒头” 状组织结构，说明富勒烯纳米粒子对镀层的组织结构有影响。实施例2 用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程同实施例1。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件氯化镍23g/L，乙二胺100g/L，氢氧化钠40g/L，硼氢化钠0. 8g/L，硫酸铊10mg/L， 纳米富勒烯C6Q粒子(纯度达到99% ) 5g/L，表面活性剂80mg/L，PH 14，施镀温度80°C，时 间2h。施镀过程中采用磁力搅拌器以70-75rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，经检验Ni-B/C6(l复合镀层的胞状颗粒的胞径比Ni-B镀层 小，说明C6(l对镀层的组织结构有影响。实施例3 用化学镀的方法在钛合金基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程机械抛光及除油一去离子水清洗一酸浸蚀一去离子水清洗一浸锌活化一去离子 水清洗一基础镀液预镀一热处理除氢一富勒烯化学复合镀液复合镀一去离子水清洗一烘 干一检测。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件氯化镍20g/L，次亚磷酸纳20g/L，乙酸钠15g/L，柠檬酸三钠12g/L，丁二酸5g/L， 纳米富勒烯C6(1粒子(纯度达到99% )8g/L，碘化钾15mg/L，表面活性剂70mg/L，温度90°C， PH4. 5-5. 0，时间 3h。施镀过程中采用磁力搅拌器以75-80rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，经检验Ni-P/C6(l镀层的结合力、硬度等各项指标均很理想。实施例4 用化学镀的方法在钛合金基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程同实施例3。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件硫酸镍30g/L，乙二胺90g/L，氢氧化钠35g/L，硼氢化钠1. 2g/L，硫酸铊30mg/L，纳 米富勒烯C6(1粒子(纯度达到99% )10g/L，表面活性剂100mg/L，PH14，施镀温度75°C，时间1. 5h。施镀过程中采用磁力搅拌器以80-85rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，经检验Ni-B/C6(l镀层的结合力、硬度等各项指标均很理想。实施例5 用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程同实施例1。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件硫酸镍30g/L，次亚磷酸纳27g/L，乙酸钠15g/L，柠檬酸三钠14g/L，丁二酸7g/L， 纳米富勒烯C6(1粒子(纯度达到99% ) 12g/L，硫酸铊25mg/L，表面活性剂20mg/L，温度85°C， PH 4. 5-5. 0，时间 2. 5h。施镀过程中采用磁力搅拌器以80-85rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，经检验Ni-P/C6(l镀层的外观、结合力、硬度等各项指标很理
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；o实施例6 用化学镀的方法在钛合金基体上镀覆含有纳米富勒烯的复合镀层。具 体施镀方法如下1.工艺流程同实施例3。2.纳米复合化学镀的工艺配方及工艺条件氯化镍23g/L，乙二胺110g/L，氢氧化钠33g/L，硼氢化钠0. 6g/L，碘化钾15mg/L， 纳米富勒烯C6(1粒子(纯度达到99% ) 8g/L，表面活性剂100mg/L，PH14，施镀温度95°C，时 间 1. 5h。施镀过程中采用磁力搅拌器以70-75rad/min对镀液进行搅拌。3.验证结果按上述工艺化学镀后，经检验Ni-B/C6(l镀层的结合力、硬度等各项指标均很理想。
权利要求
一种含有纳米富勒烯的镀液，其特征在于该镀液中含有硫酸镍或氯化镍10-40g/L，次亚磷酸纳或硼氢化钠0.4-35g/L，柠檬酸三钠或乙二胺10-120g/L，乙酸钠或氢氧化钠8-60g/L，丁二酸3-20g/L，碘化钾或硫酸铊0-25mg/L，按2∶1-3∶1的比例配制的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物20-150mg/L，直径为30-400nm的纳米富勒烯粒子1-25g/L，用硫酸或氨水调整溶液的PH值至4.5-14。
2.根据权利要求1所述的含有纳米富勒烯的镀液，其特征在于阳离子表面活性剂是 十六烷基三甲基溴化铵或三乙醇胺，非离子表面活性剂是0P乳化剂。
3.一种按权利要求1所述的镀液制备复合镀层的工艺，其特征在于该工艺包括如下步骤A、按每L镀液中含有硫酸镍或氯化镍10_40g，次亚磷酸纳或硼氢化钠0.4-35g，柠檬 酸三钠或乙二胺10-120g，乙酸钠或氢氧化钠8-60g，丁二酸3-20g，碘化钾或硫酸铊0_25mg 的计量，分别用少量去离子水使其完全溶解；B、按每L镀液中含有直径为30-400nm的纳米富勒烯粒子l-25g，2 1-3 1的比例 配制的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物20-150mg的计量，使纳米富勒烯粒 子与复配物作亲水表面处理，然后用搅拌器搅拌30-35min ；C、再将上述各组分混合成均勻的溶液，并用硫酸或氨水调PH至4.5-14，加去离子水定 容后获得富勒烯化学复合镀液，备用；D、将镀件表面进行除油及活化处理后，将镀件置于温度为75-95°C的传统Ni-P或Ni-B 基础镀液中进行预镀30-35min ；E、再将预镀后的镀件置于预备的富勒烯化学复合镀液中，采用搅拌器以60-85rad/min 进行搅拌，并在温度75-95°C下浸镀1-3. 5h，就获得具有抗微动损伤特性的优良复合镀层。
全文摘要
一种含有纳米富勒烯的镀液及其制备复合镀层的工艺，其特征在于该镀液中含有硫酸镍或氯化镍10-40g/L，次亚磷酸纳或硼氢化钠0.4-35g/L，柠檬酸三钠或乙二胺10-120g/L，乙酸钠或氢氧化钠8-60g/L，丁二酸3-20g/L，碘化钾或硫酸铊0-25mg/L，按比例配制的阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配物20-150mg/L，直径为30-400nm的纳米富勒烯粒子1-25g/L，pH值至4.5-14。工艺是分别用去离子水溶解各组分，按一定规则混合成溶液，将镀件置于传统Ni-P或Ni-B基础镀液中预镀30-35min，再将镀件置于富勒烯化学镀液中，在75-95℃下进行搅拌浸镀1-3.5h，就获得具有抗微动损伤特性的优良复合镀层。
文档编号C23C18/36GK101851753SQ201010203799
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者宋丹路, 宗营营, 师晓, 杨玲玲, 钟良 申请人:西南科技大学