[发明专利]热锻模模膛表面强化用镍包碳化硅粉的制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷粉的表面改性技术领域，特别的是涉及热锻模模膛表面强化用镍包碳化硅粉的制备工艺。

技术背景

碳化硅因其自身的优异性能在半导体材料领域被认作是最有前景的材料之一，同时碳化硅作为一种陶瓷材料，具有高强度、高硬度、耐磨、耐腐蚀、低热膨胀系数、较高的热导率等优点，在金属陶瓷复合材料领域也得到广泛使用，成为新材料领域的研究热点之一。热锻模是一种重大成形装备，用来对炽热的金属毛坯进行强制成形，其服役环境非常苛刻，除承受极大的机械冲击，还需承受高温，冷却润滑时又要受到急冷，如此环境使得锻模模膛表面产生极大的应力，最终使模膛表面快速失效。现有的模具材料均难以有效的应对热锻生产恶劣工况，因此需要对模膛表面进行强化处理，碳化硅因其自身的良好热物性能，同时兼具备良好的机械性能。如能将其用于热锻模模膛表面，与其它金属合金粉末按适当的配比混合使用，使得模膛表面兼具锻模服役条件下的高温强硬性与强韧性要求，必定能显著提高模具使用寿命。然而作为共价键陶瓷的碳化硅，在与金属粘结相混合使用时，对金属的润湿性能较差，使得界面产生弱化，同时制备过程中的高温也容易造成碳化硅的分解，导致最终制备的材料整体性能不高，因此需要对其进行表面改性，改善其与其它金属的润湿性能，提高界面结合性能，同时减少制备过程中的氧化烧损与分解。而镍对大部分金属的润湿性均比较理想，因此镍包覆碳化硅粉体的研究对模具新材料的开发具有重要意义。

目前粉体表面包覆金属的方法较多，主要分为物理方法与化学方法。

物理方法中以气相沉积为代表，然而对于碳化硅粉体来说，首先难以在反应室悬浮，其次包覆厚度较小，再次成本高，不易实现工业规模生产。

化学方法中主要以化学镀为主，其操作简单易行，成本低，易于规模生产，然而却因为其反应不易控制和镀液容易分解造成了应用困难。本专利针对上述问题开发出了一种比较稳定的镀液，能有效减缓施镀过程镀液分解，镀液利用率高，包覆效果好。

发明内容

本发明的目的是提供一种热锻模模膛表面强化用镍包碳化硅粉的制备方法，其包覆采用化学镀镍的方法，该方法操作简单，成本较低，包覆质量好。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：热锻模模膛表面强化用镍包碳化硅粉的制备工艺，其特征在于包括有以下工艺步骤：将预处理后的碳化硅粉末放置于化学镀镍装置中进行施镀，其镀液配方按照以下配比进行配制：主盐硫酸镍（NiSO₄·6H₂O）30g/L，还原剂次亚磷酸钠（NaH₂PO₂·H₂O）30g/L，络合剂采用苹果酸（C₄H₆O₅）与丁二酸钠(C₄H₄Na₂O₄)各20g/L，稳定剂硫脲（CH₄N₂S）1.5~2.5mg/L，所述的预处理后的碳化硅粉末的装载比为20~25g/L，施镀的温度为85~90℃，施镀过程中通过补加5%NaOH溶液维持镀液pH值4.0~4.8，得到热锻模模膛表面强化用镍包碳化硅粉。

按上述方案，所述的镀液在施镀三次之后通过补加10g/L的主盐硫酸镍和10g/L的还原剂次亚磷酸钠后得到的镀液可进行重复施镀。

按上述方案，步骤1）所述的预处理后的碳化硅粉体的处理工艺是：

1）首先用5%~10%的NaOH 溶液对碳化硅粉体进行超声波除油，然后用稀盐酸中和，再用去离子水进行超声清洗；

2）随后采用5wt %的HF溶液浸蚀5min进行粗化，使得碳化硅粉体的颗粒表面粗糙，以提高镀层与基体的结合力，粗化完成后用去离子水漂洗，80℃烘干；

3）进行敏化处理，采用8%~15%的SnCl₂的盐酸溶液浸渍烘干后的碳化硅粉体3~5min，经真空抽滤后敏化液回收，碳化硅粉体再进行水洗在其表面生成凝胶层，凝胶层中吸附有二价锡离子具有还原性；

4）敏化处理后的碳化硅粉体经大量去离子水漂洗，再进行活化处理，采用PdCL₂为0.5g/L，pH值为1.5~2.5的溶液对碳化硅粉体进行浸泡，在其表面还原出Pd原子活化中心，经真空抽滤之后活化液回收，碳化硅粉体经漂洗后烘干，得到预处理的碳化硅粉末。

使用时,将得到的包覆后的碳化硅粉体按照5%~30%的体积分数与用于热锻模的金属粉进行混合，经常规熔射方法制备于热锻模模膛表面。