鎳–碳化鎢納米復(fù)合鍍層的制備與性能

李麗，劉春蘭，吳先文

(四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，四川德陽618000)

摘要：采用電鍍的方法制備出Ni–WC納米復(fù)合鍍層，鍍液組成為：NiSO4·7H2O250g/L，NiCl2·6H2O30g/L，H3BO330g/L，光亮劑0.1g/L，納米WC顆粒5~30g/L，表面活性劑及分散劑適量。研究了溫度、電流密度及pH對復(fù)合鍍層外觀的影響，得到最佳電鍍工藝條件為：溫度50~55°C，電流密度2~4A/dm2，pH4.5~5.0。在最佳工藝條件下制得的復(fù)合鍍層，其顯微硬度明顯高于純鎳鍍層和不銹鋼，耐磨蝕性也優(yōu)于不銹鋼和純鎳鍍層，耐腐蝕性優(yōu)于不銹鋼而劣于純鎳鍍層。

關(guān)鍵詞：鎳;碳化鎢;納米復(fù)合鍍層;顯微硬度;耐腐蝕性;耐磨蝕性

中圖分類號：TG174.41;TQ153.12文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004–227X(2011)10–0005–04

1·前言

碳化鎢(WC)具有高硬度和高耐磨性，若能在復(fù)合涂層材料中加以應(yīng)用，定能大幅度提高材料的硬度和耐磨性，因此被歐美國家的研究者譽(yù)為“21世紀(jì)新型水機(jī)材料”。早在上世紀(jì)末，朱龍章等[1]研究了含微米級WC的復(fù)合鍍層，發(fā)現(xiàn)鍍層的硬度較其他微米復(fù)合鍍層高得多。納米級WC在復(fù)合涂層材料中的應(yīng)用也取得一定進(jìn)展，王吉會等人[2]成功制備了Ni–P–WC納米微粒復(fù)合鍍層。國外研究者曾用超音速噴涂法[3]、等離子噴焊法[4]和冷噴涂法[5]制備出含有納米WC的復(fù)合涂層，但超音速噴涂法制備的涂層孔隙率高，噴涂過程中納米微粒發(fā)生氧化與衰變，而等離子噴焊法和冷噴涂法納米粉末的利用率低。本文采用電鍍的方法制備Ni–WC納米復(fù)合鍍層，克服了上述制備方法的不足，研究了工藝條件對Ni–WC復(fù)合鍍層性能的影響，以期獲得硬度高、耐磨蝕性能好的新型水機(jī)材料。

2·實驗

2.1材料及設(shè)備

以30mm×20mm×5mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼板作陰極，電解鎳板為陽極，陰、陽極面積比為1∶2，納米WC顆粒經(jīng)120h球磨制得，平均粒徑為80nm。復(fù)合電鍍裝置如圖1所示。

2.2配方與工藝

2.2.1配方

普通鍍鎳液的配方為：NiSO4·7H2O250g/L，NiCl2·6H2O30g/L，H3BO330g/L，光亮劑0.1g/L。往普通鎳鍍液中加入納米WC粉末5~30g/L及適量的表面活性劑和分散劑，即得Ni–WC復(fù)合鍍液。

2.2.2工藝

陰極預(yù)處理流程：砂輪磨平─砂紙打磨─有機(jī)溶劑脫脂─水洗─熱堿洗─水洗─弱酸腐蝕─水洗。陽極預(yù)處理流程：砂輪與粗砂紙打磨─化學(xué)除油─熱水沖洗─冷水沖洗─酸洗─冷水沖洗。

復(fù)合電鍍前將復(fù)合鍍液置于TES-1002型超聲設(shè)備(時代超聲集團(tuán))中于28kHz下超聲分散1h，電沉積過程攪速為150~180r/min，施鍍時間均為4h。

2.3性能測試

(1)硬度：鍍層硬度采用HV-5型小負(fù)荷維氏硬度計(濟(jì)南新時代試金儀器有限公司)測試，載荷5kg，加載時間為10s，取5個點的平均值為鍍層的硬度。