[发明专利]一种钛合金表面纳米化辅助沉积Cu-石墨复合镀层的方法

说明书

本发明公开了一种钛合金表面纳米化辅助沉积Cu‑石墨复合镀层的方法，包括如下步骤：对钛合金表面高强喷丸获得表面纳米化组织，所述的表面高强弹丸，喷丸强度为0.1mmA～0.4mmA、喷丸覆盖率为100％～200％；然后依次进行表面除油、酸洗、碱洗和活化处理；将活化后的钛合金作为阴极，纯铜板作为阳极，在含有CuSO₄、CuCl₂、酒石酸钠、H₃BO₃、糖精钠和石墨粉的镀液中进行电镀处理，获得所述Cu‑石墨复合镀层。本发明能够在钛合金表面制备出组织致密，并且与基体结合紧密的Cu‑石墨复合镀层，该镀层具有优良的耐磨性能，同时具有生产工艺简单、绿色无污染、适用性广等优势，适于生产和应用。

技术领域

本申请涉及金属材料的表面改性领域，具体而言，涉及一种表面纳米化辅助沉积Cu-石墨复合镀层的方法。

背景技术

钛合金较差的耐磨性能是阻碍其在航空航天、交通能源等领域应用的主要因素之一。钛合金的硬度低、黏性高，因而在摩擦载荷的作用下，磨损表面极易产生划伤甚至是粘扣现象，导致钛合金零部件的过早失效。

制备表面防护涂层是提高钛合金耐磨性能的重要手段。为此，国内外的科研工作者采用面化学热处理、扩散渗、微弧氧化、激光熔覆、等离子喷涂等多种手段在钛合金表面制备了种类繁多的耐磨涂层，如铝化物涂层、硅化物涂层、渗氮或渗硼涂层、陶瓷涂层及多元复合涂层等等。但是，从已有的结果看，限于制备技术或涂层自身性能的缺陷，目前开发的耐磨防护涂层普遍存在着或抗冲击性能差、或与基体结合弱、或显著降低基体疲劳性能、或制备工艺繁复、效率低下等缺点。例如，在钛合金表面进行渗氮处理虽然能够提高其表面的硬度和耐磨性，但当温度超过550℃时，氮和钛会发生强烈反应，致使基体的脆性增加；采用等离子喷涂或磁控溅射方法制备的涂层由于受钛合金基体活性的影响，涂层与基体的结合强度不高；而激光熔覆方法所制备的涂层普遍存在内应力大，内部裂纹或微裂纹较多等缺陷。因此，钛合金摩擦磨损防护的难题远未解决，缺乏工艺简单、生产效率高且摩擦磨损防护效果优良的钛合金表面防护涂层及其制备工艺。

电镀是一种工艺简单、成本低廉且生产效率高的涂层制备技术。目前，铁基合金和铝合金表面镀镍、镀铬和镀铜技术已经比较成熟，与之相关的复合镀工艺也获得了普遍应用。其中，铜镀层的硬度适、摩擦系数低、耐磨性能优良，是钛合金比较理想的表面摩擦防护涂层。但对于钛合金来说，由于其表面活性较高，经过除油、酸洗、碱洗和活化以后短时内表面就会重新形成一层氧化物或氮化物，使得电镀涂层与基体结合强度变差，因此采用电镀或复合镀工艺制备与基体结合强度高的Cu镀层比较困难；此外，单纯Cu镀层的硬度较低，在摩擦过程中以产生塑性变形的过早发生失效。西北工业大学的姚小飞和沈志超采用电镀方法在TC4合金表面制备了镀Cu层，有效降低了TC4合金的摩擦系数，但经5min和20min磨损发生了Cu镀层失效，并且姚小飞和沈志超均没有公开具体的电镀工艺。

在镀Cu层中添加适量的石墨，利用石墨优良的减磨润滑作用，可望大幅提高镀层的摩擦防护性能。但石墨颗粒的表面光滑且亲水性很差，不易配制成悬混镀液，电镀过程中也不易在基体合金表面吸附，因此制备组织致密、与基体合金结合紧密的Cu-石墨复合镀层比较困难。成都先进金属材料产业技术研究院有限公司的龙秀丽等人虽然公开了一种TC4合金表面Cu-石墨镀层的制备方法，将TC4合金进行传统的表面除油和酸洗侵蚀活化后，置于由硫酸铜、硫酸和硝酸烧蚀过的石墨颗粒组成的镀液中进行电镀，获得所述涂层；但依然没有解决钛合金表面易氧化和氮化导致的镀层与基体合金结合不牢的问题，实际防护效果并不理想。如何在钛合金表面制备组织致密、与基体合金结合紧密的Cu-石墨复合镀层，这方面的技术尚属空白。

发明内容