一种电沉积Ni-P-SiC复合镀层的方法与流程

本发明涉及电镀领域，具体涉及一种电沉积ni-p-sic复合镀层的方法。
背景技术：
：电镀铬镀层因光洁度好、硬度高、耐磨耐蚀性强等优势，国内许多重要工业领域仍大量应用。但电镀铬工艺引发的环境污染、危害健康等问题，已成为制约我国建设环境友好型社会的顽疾。替代电镀铬的绿色表面处理技术为解决上述难题提供了突破口，但目前国内在车辆交通、钢铁、矿山等重大行业诸多典型部件仍缺失该类绿色技术。目前，为了提高金属缸体的耐高温、耐腐蚀、耐磨损等性能，现有的表面处理工艺有：ni-sic复合电镀、镀硬铬、微弧氧化处理、热喷涂等。其中电镀工艺中，现有的ni-sic复合电镀能够提高金属基体的耐磨性、热传导性和润滑油附着能力，但是获取的ni-sic复合镀层硬度相对较低，且脆性高，ni-sic复合镀层容易脱落。现有的镀硬铬工艺中，其电镀过程将产生大量有毒有害废液，且电镀成本比较高。中国专利cn109797413a《ni-p-sic复合镀层电镀液及金属基体的电镀方法》中，采用恒定直流电源，在配制镀液的过程中采用了磷酸，在电镀过程中采用超声波的方式进行搅拌，同时，由于电镀液呈强酸性，在电镀时会腐蚀金属表面，所以对金属表面进行了二次浸锌来解决基体在镀液中的自腐蚀问题，但制得的ni-p-sic镀层在孔隙率、光亮度、均匀性、致密性、抗腐蚀性方面仍存在不足。技术实现要素：为了解决现有技术中，在金属表面镀硬铬产生大量难易处理的废液及成本高，以及ni-sic复合电镀中产生的ni-sic复合镀层脆性高、易脱落和硬度低的问题，本发明提供一种电沉积ni-p-sic复合镀层的方法。本发明的目的通过下述技术方案实现：一种电沉积ni-p-sic复合镀层的方法，包括在金属基体上电镀ni-p-sic复合镀层，其中所述电镀的工艺条件为：电镀液的ph为3-5，脉冲电源的频率为200-2000hz，占空比0.2-0.9。优选的，脉冲电源的频率为600-1200hz，占空比0.4-0.8。所述电镀液中包括电镀ni-p-sic复合镀层必需的组分，如镍源，包括但不限于niso4和nicl2；ph调节剂，包括但不限于高硼酸；磷源，优选为次硼酸钠；sic；表面活性剂，包括但不限于十六烷基三甲基溴化铵；以及应力消除剂，包括但不限于脂肪醇聚氧乙烯醚型溶液。应力消除剂以及表面活性剂能够显著改善镀层的内应力，以及与机械搅拌的配合，能够保证镀液的均匀性，防止镀液中sic颗粒团聚的发生。优选的，所述电镀液中具体组分及含量如下：可采用机械方式对镀液进行搅拌，转速优选为150-200r/min，使镀液中的sic颗粒均匀分散，以防止团聚现象的发生，并且使得镀层有更好的均匀性。优选的，所述电镀温度为20-70℃，电流密度为1-10a/dm2，时间为60-120min。所述金属基体优选进行预处理，例如打磨抛光和表面除油。所述金属基体为铝、镁钛等轻合金时，还优选对金属表面进行两次浸锌处理，每次浸锌处理中浸锌液包括：氢氧化钠100-120g/l，氧化锌8-12g/l，三乙醇胺20-30ml/l；处理温度为20-75℃，电流密度为1-10a/dm2，处理时间为10～100s。复合电镀后，可对镀件用去离子水进行超声清洗，除去镀件表面上残留的镀液，然后吹干。本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)相比较于其它氧化还原剂，低成本的次磷酸钠具有氧化还原电位低，成本低，镀液稳定的优点，能够很好的控制镀层中磷的含量，在一定的浓度范围，能够获得致密性良好，性能优良的ni-p-sic复合镀层，但次磷酸钠的含量不能过高，这是由于含量过高时，会增加氢离子在阴极上的放电机会，阻碍sic颗粒的复合。(2)脉冲电镀得到的镀层孔隙率低、光亮、均匀、致密、抗腐蚀性好、结合力强。通过脉冲电流与次磷酸钠使用的结合，所得到的镀层在保证减薄镀层厚度的情况下，能够有效的降低孔隙率，因此在相同的镀层性能前提下镀层厚度可减薄30％～50％，从而节约了原材料。附图说明图1为实施例中的实验装置图。图2是本发明实施例制得的产品对比不同镀层的硬度柱状图。图3是ni-sic复合镀层与本发明实施例制得的ni-p-sic复合镀层极化曲线对比图。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1(1)金属基体预处理对规格为10mm×10mm×1.5mm的铝合金基体进行机械整平和预处理，使用线切割机将铝合金毛坯件切割成为表面平整，大小适中的片体结构，再用砂纸打磨，先用800#的砂纸粗磨，然后用1500#的砂纸细磨，最后用2000#的砂纸精磨至表面平整光亮，再用金刚砂钻石抛光膏在抛光机上抛光；为了防止酸性镀液对铝合金基体的腐蚀，通过两次浸锌在所述铝合金上沉积锌过渡层，所述浸锌液组成为：氢氧化钠110g/l，氧化锌10g/l，三乙醇胺25ml/l。所述浸锌处理温度为25℃，电流密度为2a/dm2，处理时间为60s。用乙醇进行反复冲洗后，再经等离子清洗机清洗基体表面残留的有机物，以便于增强镀层与基体的结合力。(2)复合电镀在所述铝合金基体表面制备ni-p-sic复合镀层，采用的装置参见图1，其中镀液组成如下：其中，采用机械搅拌的方式对镀液中的sic颗粒进行分散，转速为200r/min；电流密度为4a/dm2，镀液ph值为3.5，脉冲电源的频率为1000hz，占空比为0.8；温度为25℃，时间为90min。基于上述相同制备条件下通过常规调整原料进一步制备纯镍镀层，ni-p镀层和ni-sic镀层作为对比。(3)维氏硬度测试对经上述过程制备的镀件进行维氏硬度测试，硬度计的负载为200g，负载时间为15s，测量结果由图2所见，基体的硬度值为63.71hv，纯镍镀层的硬度值为194.76hv，ni-p镀层的硬度值为750.64hv，ni-sic镀层的硬度值为782.21，ni-p-sic的硬度值为836.48hv，通过对比发现，此工艺下所获得的ni-p-sic复合镀层有最高的硬度值。(4)耐腐蚀性测试；所采用的电化学工作站型号为上海辰华chi760e所配制的电解质溶液：3.5wt.％nacl溶液参比电极：ag/agcl对电极：pt片工作电极：ni-p镀层或ni-p-sic镀层极化曲线测试范围：开路电位±500mv；扫面速率：10mvs-1所得的腐蚀极化曲线如图3，具体的腐蚀电流密度对比如下表1。可发现，ni-p-sic复合镀层的耐腐蚀性表现要优于ni-sic复合镀层，这表明磷的加入能够大幅提升ni-sic复合镀层的耐腐蚀性能。表1ni-sic复合镀层与ni-p-sic复合镀层的开路电位与腐蚀电流对比表格涂层类型自腐蚀电位(vvs.ag/agcl)腐蚀电流(a/cm2)ni-p-0.6346.10×10-5ni-p-sic-0.5631.24×10-5对比例1(1)金属基体预处理对规格为10mm×10mm×1.5mm的q235钢进行机械整平和预处理，使用线切割机将钢毛坯件切割成为表面平整，大小适中的片体结构，再用砂纸打磨，先用600#的砂纸粗磨，然后用1200#的砂纸细磨，最后用1500#的砂纸精磨至表面平整光亮，再用金刚砂钻石抛光膏在抛光机上抛光；用乙醇进行反复冲洗后，再经等离子清洗机清洗基体表面残留的有机物，以便于增强镀层与基体的结合力。(2)复合电镀在所述q235钢表面制备ni-p-sic复合镀层，采用的装置参见图1，其中镀液组成如下：电流密度为4a/dm2，镀液ph值为4.0。采用机械搅拌的方式，转速为200r/min，温度为25℃，时间为120min，电源为直流电源。(3)维氏硬度测试对经上述过程制备的镀件进行维氏硬度测试，硬度计的负载为200g，负载时间为15s。测得样品的维氏硬度值最高为750hv左右，对比纯钢的硬度有了较大的提升，由于磷的加入，使得钢的耐腐蚀性能得到一定改善，sic的加入在一定程度上也提升了耐磨性。实施例2(1)金属基体预处理对规格为10mm×10mm×1.5mm的q235钢进行机械整平和预处理，使用线切割机将钢毛坯件切割成为表面平整，大小适中的片体结构，再用砂纸打磨，先用600#的砂纸粗磨，然后用1200#的砂纸细磨，最后用1500#的砂纸精磨至表面平整光亮，再用金刚砂钻石抛光膏在抛光机上抛光；用乙醇进行反复冲洗后，再经等离子清洗机清洗基体表面残留的有机物，以便于增强镀层与基体的结合力。(2)复合电镀在所述q235钢表面制备ni-p-sic复合镀层，采用的装置参见图1，其中镀液组成如下：电流密度为4a/dm2，镀液ph值为4.0。采用机械搅拌的方式，转速为200r/min，温度为25℃，时间为120min，脉冲电源的频率为1000hz，占空比为0.8。(3)维氏硬度测试对经上述过程制备的镀件进行维氏硬度测试，硬度计的负载为200g，负载时间为15s。与对比例1的直流电沉积相比，实施例2采用脉冲电流所制备的钢试样表面硬度最高可达800hv左右，且镀层的厚度由20μm左右下降到15μm左右。通过脉冲电沉积所制备的ni-p-sic镀层相比较于直流电沉积所获得的镀层的孔隙率明显降低，致密性更好，一般情况下，随着镀层厚度的降低，镀层的孔隙率会增大，而采用脉冲电流后所制备的镀层在厚度为15um时孔隙率达到0.4个/cm2，且耐磨性方面，为纯镍镀层的7～8倍，当次磷酸钠的加入量为25g/l时，镀层呈现出最强的耐蚀性。本实施例所采用的脉冲电流的优势之一就是能够制备出表面分别具有(111)晶面、(200)晶面择优取向的ni-p-sic镀层，这有利于获取较高的镀层硬度。此外，随着电镀时间的延长，镀层的择优向由(111)晶面向(200)晶面转变，且硬度逐渐降低。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12