[发明专利]一种制备镍-钴-三氧化二铝梯度复合镀层的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种制备镍-钴-三氧化二铝（Ni-Co- Al₂O₃）复合镀层的方法，特别是一种利用高频脉冲电沉积电源制备Ni-Co- Al₂O₃梯度复合镀层的方法，属于功能梯度复合镀层制备技术领域，该梯度复合镀层可用于钢铁结构件高温耐磨、耐蚀涂层等领域。

背景技术

    镍-轱（Ni-Co）合金镀层具有优良的机械性能和电磁性能，且随轱（Co）含量的不同显示出不同的性能。低Co含量的Ni-Co合金耐蚀性，主要作装饰层，广泛应用于化工和医学等领域。高Co含量的Ni-Co合金镀层具有较高的矫顽力，电磁性能好，广泛应用于电子和计算机等领域。此外，Ni和Co为高温合金的主要元素，Ni-Co合金镀层还具有优良的高温性能，可用于高温抗烧蚀领域。

   金属元素主要为面心立方（fcc）、体心立方（bcc）和密集六方（hcp）三种典型结构。许多金属存在多种结构转变现象，不同晶体结构表现出不同的性能。一些需要经受剧烈往复运动的构件，在每次短暂时间（30秒内）往复运动后，构件内部温度达到400℃以上，在这种条件下，构件不仅需要具备抗烧蚀性能，还需具有较高的抗冲刷性能和耐蚀性能。但Ni基体硬度低，耐磨性能较差，常添加三氧化二铝（Al₂O₃）、炭化硅（SiC）等硬质颗粒提高基体硬度，但通过电沉积技术制备的Ni-Co合金镀层中硬质颗粒质量百分比一般低于6%，很难进一步提高，提高镀层硬度幅度有限。提高Co含量可以显著提高基体的硬度，但Co含量增大后，Ni-Co镀层耐蚀性降低、且应力变大。Ni-Co镀层耐蚀性与镀层中Co的存在形式有关。Co在镀层中的存在形式受其含量影响。当镀层中Co含量较低时，Co以面心结构(fcc)存在，即奥氏体晶体结构存在，具有良好的耐蚀性能。当Co含量逐渐增高时，Co以面心结构(fcc)和密集六方结构(hcp)两种结构形式共同存在。Co含量继续增加时，Co以密集六方结构(hcp)结构形式存在，镀层硬度高，但耐蚀性最差。

    国内外已开展电沉积、脉冲电沉积制备Ni-Co合金镀层，以及Ni-Co- Al₂O₃等复合镀层技术研究。但采用高频脉冲电沉积制备Ni-Co-Al₂O₃梯度复合镀层技术研究未见报导。

发明内容

    本发明的目的在于提供一种利用高频脉冲电沉积电源制备抗烧蚀性、耐磨性和耐蚀性好的镍-钴-三氧化二铝梯度复合镀层的方法。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种制备镍-钴-三氧化二铝梯度复合镀层的方法，其特征在于：用去离子水将六水硫酸镍NiSO₄·6H₂O、七水硫酸钴CoSO₄·7H₂O、六水氯化镍NiCl₂·6H₂O、硼酸H₃BO₃配制成电镀液，加入纳米三氧化二铝Al₂O₃颗粒作为强化相，阳离子型十六烷基三甲基溴化铵作为分散剂，并配合机械搅拌和超声波分散防止纳米Al₂O₃颗粒团聚。使用脉冲频率10kHz ~200kHz的高频脉冲电源，根据所需镀层厚度，改变占空比进行电沉积，具体方法如下：

电镀溶液的配制: 

将NiSO₄·6H₂O：200g~300g、CoSO₄·7H₂O：2g~30g、NiCl₂·6H₂O：10g~80g、H₃BO₃：15g~45g、纳米Al₂O₃颗粒：30g ~90g以及十六烷基三甲基溴化铵：0.03g ~0.5g，用去离子水稀释至1L，先机械搅拌10min ~60min，再超声波分散10min ~30min混合均匀。

电沉积前的准备：将电镀液加热到40℃~65℃，保持温度恒定；将阳极镍板和阴极钢板平行放置于配制好的镀液中，接通电源。