[发明专利]一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法

说明书

本发明涉及一种低温融盐无水制备纳米晶Ni‑W‑B合金的方法，属于电化学沉积及金属材料表面改性领域。该纳米晶Ni‑W‑B合金由以下步骤制备而得：将干燥的尿素、乙酰胺、氯化钠和溴化钾混合；然后加入氯化镍，钨酸钠，硼酸钠搅拌，形成低温融盐电解液；以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，搅拌并在氩气保护下进行恒电位沉积，得到纳米晶合金涂层；在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸溶胶，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体形成表面强化层。本发明将表面溶胶膜中及镀层本体中未还原的钨酸根和硼酸根还原为金属W、B，进一步提高镀层表面W、B含量，强化了镀层性能。

技术领域

本发明涉及一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，属于电化学沉积及金属材料表面改性领域。

背景技术

目前，制备纳米晶表面涂层来改进和提高材料的防护性能已成为重要的研究课题。在诸多纳米晶涂层的制备方法中，以电化学理论为基础的电沉积法是获得纳米晶表面涂层的有效方法。在电场作用下，金属离子在阴极被还原、转化、结晶，在纳米尺度进行有序排列、组装成单相或多相的纳米晶表面涂层。通过控制沉积过程的电流密度、电极电位、温度、溶液组成等电化学参数，可获得密度高、孔隙率小、纯度高的纳米晶表面涂层。在机械零部件的防腐耐磨涂层中，Ni基合金以其良好的耐蚀性和耐磨性得到了广泛的应用。但是传统的从水溶液中电沉积的方法研究的较多，且难以制备纳米晶涂层，低温融盐电沉积可以在无水低温条件下操作，成为制备高性能Ni基合金的新方法。但是从低温融盐中直接电沉积Ni-W-B合金目前还未见相关报道。采用现有的电沉积技术制备的Ni-W-B合金表层中W、B含量较低且难以有效调控。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术的不足，提供一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，以克服传统电沉积方法的不足，实现无水条件下Ni-W-B的电沉积，同时经表面强化后，镀层表面W、B含量进一步增高，所得镀层致密，孔隙率小，具有更优异的耐蚀性和耐磨性。

本发明通过下列技术方案实现：一种低温融盐无水制备纳米晶Ni-W-B合金的方法，其特征在于，该纳米晶Ni-W-B合金由以下步骤制备而得：

（1）将尿素、乙酰胺、六水合氯化镍、钨酸钠、硼酸钠分别放置于80～120 ℃下真空干燥6～12 h ；

（2）将已干燥的尿素、乙酰胺和氯化钠、溴化钾，按尿素30～50 wt.%、乙酰胺30～55 wt.%、氯化钠10～15 wt.%、溴化钾2～10 wt.%混合配制电解液融体；然后在每升所述电解液融体内加入主盐氯化镍0.1～0.5 mol，钨酸钠 0.03～0.2 mol，硼酸钠 0.01-0.15mol，在60～90℃下搅拌，形成低温融盐电解液；

（3）以纯镍板为阳极，碳钢为阴极，阴阳极间距0.5～1.0 cm，电解温度25～45 ℃、搅拌速率200～500 r/min，在氩气保护下施加电位-1.0～-1.3 V vs. Ag/AgCl进行恒电位沉积 3-40分钟，得到纳米晶Ni-W-B合金涂层。

（4）随后在合金涂层表面喷涂钨酸与硼酸混合溶胶膜层，在氢气环境下进行热处理使其还原为金属W、B并渗入金属镍基体，进一步提高镀层表面W、B含量，形成表面强化层。

所述的表面强化层经过以下步骤处理得到：

按质量份，将1份钨酸与0.5 -1 份硼酸混合，加入10-15份无水乙醇，机械搅拌1-4小时，经加热减压蒸馏浓缩至溶胶，然后在Ni-W-B合金表面喷涂制备该溶胶膜层；随后将该样品放入管式电阻炉中进行加氢还原热处理，温度400℃～550 ℃，升温梯度1～8 ℃/min，保温时间4～12 h，H₂气流量100～220 mL/min，最终将溶胶膜层中及镀层本体未还原的钨酸根和硼酸根还原为金属W、B并渗入金属镍基体，进一步提高了镀层表面W、B含量，形成了纳米晶Ni-W-B合金涂层，该合金涂层具有优异的耐磨性和耐蚀性。