[发明专利]一种高硬度耐蚀耐磨低摩擦系数的碳纳米管/钴磷复合涂层的电镀方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是电镀技术领域，具体是一种高硬度耐蚀耐磨低摩擦系数的碳纳米管/钴磷复合涂层的电镀方法。

背景技术

随着现代汽车工业、机械工业及航空、航天工业的飞速发展，在干摩擦及液压和润滑油介质作用下使用的高承载汽缸活塞、滑动部件越来越多。在滑动部件表面电镀高硬度、耐高温、耐腐蚀以及抗疲劳磨损的镀层材料可以大大提高设备使用寿命，增加经济成本。

碳纳米管(CNTs)因其独特的结构和性质而倍受人们重视，许多研究表明，CNTs是复合材料理想的功能和增强材料，添加到金属基体能显著改善材料的机械性能。而且，CNT还具有石墨的润滑性和导电性，在摩擦技术方面也有很大的应用潜力，特别是在航空、航天领域里的特殊制造业上有无可比拟的优势。目前CNT已被应用增强镍及镍基合金镀层以提高镀层力学性能与摩擦学性能，以解决镍及其合金镀层在机械零部件表面应用出现的硬度低和耐磨性能差等问题。Carpenter等发现酸化CNT能将镍镀层的硬度由295Kgf.mm^-2提高到543Kgf.mm-2[Surface&Coatings Technology，205(2011),4832]。Shi等发现CNT可以降低镍-钴合金镀层的摩擦系数及改善其耐磨性能[Surface&CoatingsTechnology，200(2006),4870]。Carpeter等发现CNT可以细化镍镀层的镍晶粒尺寸，提高镍镀层的硬度[Surface&Coatings Technology,205(2011),5059]。

虽然碳纳米管能显著改善镍及其合金镀层的硬度与耐磨性能，但镍本身耐磨性能较差且硬度低。镍为面心立方晶格，在与对偶金属对摩过程中，往往会与对偶金属发生严重粘着，从而加剧磨损，耐磨性较差。同时，镍及其合金镀层的硬度也不高，对镍-钨合金来说，当合金镀层中钨含量超过30%时，其显微硬度值仅为400-600kgf.mm^-2。热处理虽然能提高镍及其合金镀层的硬度，但热处理后镀层脆性显著增加，镀层与基体材料结合力很差，容易剥落，难有实际的应用价值。而钴基合金具有比镍基镀层更高的硬度和更优异的减摩与抗磨性能[Materials Chemistry and Physics,99(2006),96]。目前国内外关于有关碳纳米管增强钴复合镀层的电镀制备及电镀参数优化，还没有见到相关专利和论文报道。

针对上述问题，CN102703936A公开了一种碳纳米管/钴复合镀层及其制备方法，以铂网为阳极，待镀工件为阴极，在以含钴盐50-200g/l、碳纳米管4-20g/l，钠盐50-150g/l、硼酸10-50g/l、糖精钠1-4g/l、表面活性剂0.01-0.2g/l，络合剂10-100g/l，其余为蒸馏水的混合溶液为电镀液，电镀液在超声震荡处理后，进行电镀。复合镀层中钴为纳米晶结构，其晶粒尺寸为10-40nm，其中钴含量为70~85wt%，碳含量为5-12wt%，氧含量为10-18wt%。本发明制备方法简单，镀层不仅具高硬度，而且具有优异的耐磨和减摩性能。适用于要求高硬度、高耐磨和低摩擦系数的部件。

但是上述方法没有考虑制备涂层的耐蚀性问题，制备得到的涂层耐蚀性能不够理想。而实际应用中，材料的腐蚀无处不在，上述方法制备的涂层在耐蚀性方面的性能不能满足实际应用的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种高硬度耐蚀耐磨低摩擦系数的碳纳米管/钴磷复合涂层的电镀方法。所述方法使碳纳米管牢固和金属钴磷镀层结合，均匀分布在复合镀层中。本发明制备的碳纳米管/钴磷复合镀层不仅具有高硬度、优异的耐磨、低摩擦系数，还具有极好的耐蚀性，其制备方法简单，在汽车、机械、精密制造和航天航空领域具有广泛的应用。

本发明的目的通过以下方式实现：

一种高硬度耐蚀耐磨低摩擦系数的碳纳米管/钴磷复合涂层的电镀方法，以铂网为阳极，待镀工件为阴极，在以含钴盐20-60g/l、碳纳米管2-10g/l、磷酸二氢钠30-70g/L、钠盐50-100g/l、硼酸10-30g/l、糖精1-4g/l、表面活性剂0.01-0.2g/l，络合剂10-100g/l，其余为蒸馏水的混合溶液为电镀液，电镀液在超声震荡处理后，进行电镀。