[发明专利]一种制备高硬度镍-纳米金刚石复合镀层的工艺

说明书

本发明公开了一种生产周期短制备高硬度镍‑纳米金刚石复合镀层的工艺：首先在钢基体上镀一层4～6um纯镍，然后再镀一层镍‑纳米金刚石复合镀层。复合镀液的组分:硫酸镍200～300g/L，氯化镍10～30g/L，硼酸15～25g/L，十二烷基硫酸钠0.3～0.8g/L，甘氨酸0.05～0.2g/L，纳米金刚石4～16g/L。利用数控双脉冲电源输出方波，正脉冲40～60ms，占空比为10～30％，平均电流密度4～4.5A/dm²；负脉冲5～20ms，占空比为5～25％,平均电流密度2～3A/dm²，镀50～60min，镀层厚度13～18um。镀层的硬度可达HV1000kg/mm²以上。

技术领域

本发明公开了一种生产周期短制备高硬度镍-纳米金刚石复合镀层的工艺，具体涉及到在45^#钢基体上实现高硬度镍-纳米金刚石复合镀层的工艺。

背景技术

复合镀层发展至今已经取得了很大的进步，并且在很多领域得到了应用。早期对复合镀层的研究停留在微米级，随着纳米科技的发展，复合镀层的研究也深入到纳米级。纳米复合镀层比普通复合镀层具有更好的硬度、耐磨性和减摩性。硬度提高30％左右耐磨性可提高一倍，故提高镀层的硬度已成为本专业工作者的努力方向。

张玉碧等人用脉冲电镀使镍镀层显徽硬度最大值达HV591,是常规瓦特镍镀层的4倍(电镀与涂饰，24卷2期)。项忠楠等人用脉冲电沉积使纳米镍镀层的硬度达到HV550(金属热处理，33卷5期)。

纳米微粒具有表面效应、小尺寸效应、量子隧道效应等，这是近年来纳米技术迅速发展的基础。此外，纳米金刚石还具有金刚石的独特优点，它具有多项世界第一：硬度、折光率、导热率、声速最高，而热胀系数、摩擦系数最小，且化学性质最稳定。因而使用镍-纳米金刚石复合镀层可实现高硬度及其它优异性能。

王玉等人用复合镀使硬度达到HV580(材料科学与工艺，18卷第1期)。栾新伟等人的制备镍-纳米金刚石复合镀层的最高硬度为HV480.65(金刚石与磨料磨具工程，25卷第6期)。王立平等人制备的镍-纳米金刚石复合镀层显微硬度最高仅达HV712kg/mm²(摩擦学学报，24卷第6期)。

中国专利CN 101280452 B仅纳米金刚石的镀前分散处理即需约12～14天(281～341h)，很难用于生产。中国专利CN 102112168 A是制备无基体的金刚石切割片，其硬度没有具体数据。

选择适宜的工艺是发挥镍-纳米金刚石复合镀层优越性的关键。

发明内容

本发明提供一种制备高硬度镍-纳米金刚石复合镀层的工艺。

基体选用45^#钢。工艺流程如下:机械抛光——化学除油——电化学除油——蒸馏水冲洗——镀纯镍层——镀镍-纳米金刚石复合镀层。

首先使用S2ST-150型台式砂轮机对待镀工件进行机械抛光。先后用60#、80#、120#的刚玉砂轮打磨，再使用粒度为240#、400#、600#、800#的海绵砂轮对其表面进行抛光。抛光后样品表面粗糙度Ra在0.071μm～0.050μm之间。而后用蒸馏水冲洗，用吹风机冷风吹干。

化学除油：将待镀工件浸入除油液中2min，除油液保持70℃恒温。除油液组分：NaOH 18～22g/L、Na₂CO₃ 18～22g/L、Na₃PO₄·12H₂O 18～22g/L、Na₂SiO₃·9H₂O 4～6g/L，溶剂为蒸馏水。