[发明专利]高均匀度高性能复合Ni-P-TiO2镀层的制备方法

说明书

本发明公开了一种高均匀度高性能复合Ni‑P‑TiO₂镀层的制备方法，采用溶胶凝胶法制备二氧化钛溶胶，以液态形式直接加入Ni‑P镀液之中，可实现分子级别的均匀混合，经恰当温度的热处理后，不仅可以获得致密、高硬度的表面复合Ni‑P‑TiO₂镀层，更可以大幅度提高镀层的耐腐蚀性能，且工艺操作简便，直接省去了分散剂、稳定剂和长时间搅拌之冗余，对实际工业生产十分有利。

技术领域

本发明涉及材料处理领域，尤其涉及高均匀度高性能复合Ni-P-TiO₂镀层的制备方法。

背景技术

近年来随着国民经济的发展，对轻质材料的需求越来越大，镁合金作为结构材料由于具有比重小、比强度和比刚度高、导热和导电性好、切削加工性好、优良的阻尼性和电磁屏蔽性、易于加工成形等优点，因此广泛应用于航空航天、汽车、电子、通讯、生物医药等行业，尤其是它具有高的可回收性，这对降低成本、节约资源和改善环境都十分有益，被誉为21世纪的绿色工程材料”。其中，Mg-Al系合金是最早用于铸件的二元合金系，该系既包括形变镁合金也包括的铸造镁合金，是牌号最多、应用最广的系列。

但Mg-Al系合金化学性质活泼，容易腐蚀，严重影响了其构件的使用寿命。为克服这一缺点，人们进行了大量研究，其中材料表面处理技术表现不俗，应用广泛的化学镀技术是其中的佼佼者。化学镀是一种不需要通电，依据氧化还原反应原理，利用强还原剂在含有金属离子的溶液中，将金属离子还原成金属而沉积在各种材料表面形成致密镀层的方法。化学镀不需要外加电源，设备简单，操作容易，可以镀几何形状复杂的镀件，镀层致密，孔隙率低，耐腐蚀性好，键合强度高。同时，由于化学镀工艺制造的废液排放量少，对周围环境的破坏污染较小以及成本较低，在诸多领域已逐步取代电镀工艺，成为一种环保节约型的表面处理技术。

在各种化学镀方法中，化学镀镍是一种较为成熟的表面处理技术，可以进一步提高材料表面的耐磨性、耐蚀性、润滑性等优良性能。

自1946年Berner和Riddell发明了化学镀镍以来，化学镀镍以其独特的多种优点受到了人们的关注，有诸多科研工作者致力于研究镍磷镀镀覆原理和镀层摩擦性能。但通过化学Ni-P镀获得的含镍磷合金镀层，表面容易产生针孔等缺陷，而孔隙率的大小将直接决定镍磷合金镀层的耐腐蚀性。当镀层存在与基材相通的孔隙时，腐蚀介质渗透到镀层孔隙与金属基材相接触，镍磷合金镀层将成为微孔电池的阴极，金属基材则构成这种电池的阳极而导致基材被快速的腐蚀。至于孔隙不与基体相通的镀层，由于孔隙的存在，镀层实际的表面积增大，使腐蚀介质与镀层的接触面积也增大，腐蚀失重相应增加。所以，在化学镀镍液中可加入适量的惰性微粒并与镀液共沉积，以得到更为优良的复合镀层。目前常见的可加入固体微粒有SiC、Al₂O₃、人造金刚石、PTFE等。如：S.C.Wang等人在研究中发现纳米微粒比微米级的颗粒在镀液中更加容易分散，并且得到的复合镀层的性能也优于微米添加得到的复合镀层。Balarju等人研究发现，添加纳米三氧化二铝得到的复合镀层中，纳米粒子对镀层的化学结构没有影响，并且明显提高了硬度、耐腐蚀性以及耐磨性。徐辉等人成功获得了含纳米金刚石的复合镀层，并指出其摩擦学性能比纯的Ni-P镀层优异。陈伟翔等人研究发现含类富勒烯结构的WS₂得到的复合镀层具有较好的摩擦学行为。从这些研究结果中可知道，复合化学Ni-P镀在提高材料的耐磨、耐蚀性方面有明显优势，但单纯Ni-P镀的硬度不能满足实际要求，需要添加硬化相，其中TiO₂是一种价格低廉、硬度高的惰性微粒，容易获得，在众多领域应用广泛，重要的是，它可以溶胶形式加入镀液，实现分子级别的均匀镀覆，对复合Ni-P-TiO₂镀层的性能稳定性和制备工艺性大有裨益。