本發明涉及化學鍍鎳領域，具體而言，涉及一種納米復合化學鍍鎳溶液、制備及應用。
背景技術：
：磨損、腐蝕和疲勞破壞，是金屬零件失效的三種主要形式，這三種形式的失效都是與金屬材料表面的狀態密切相關的。而全世界每年由于磨損和/或腐蝕而報廢的機械設備的價值可以達到數百億美元，這是一個相當驚人的數字。解決磨損或腐蝕最有效的方法就是對材料進行表面處理，這種方法既能夠有效提高材料表面性能從而提高其使用壽命，還不會帶來材料以及機械制造成本的大幅度提高，是一種十分經濟有效的提升材料性能的方法。材料表面處理的方法在近年來也不斷發展，各種方法應運而生，但使用最為廣泛的，還是電鍍和化學鍍的方法。相較于電鍍而言，由于化學鍍不需要使用電極，也無需使用相關的通電設備，因此成本更低且實用更為便捷，因而化學鍍也就成了人們對材料表面改性的主要方法之一。雖然人們在化學鍍領域中做出了很多探索，并且取得了相當的進展，然而，現有的化學鍍的方法仍然存在一些問題。例如，現有的化學鍍方法所得到的鍍層耐磨性并不十分理想，無法應用于有高耐磨性要求的場合中。同時，現有化學鍍中所用溶液都是純水溶液或者完全非水性溶液，純水溶液在溶質分散溶解性能上并不理想，這也對鍍層性能產生了不良影響，同時，純水溶液的使用也會浪費大量的水資源，造成環境污染；而完全非水性溶液對使用環境條件要求較為嚴格，并不適于日常使用。有鑒于此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的第一目的在于提供一種納米復合化學鍍鎳溶液，所述的溶液中，通過加入納米金剛石，從而能夠提高進一步所制得鍍層的耐磨性；同時，本發明中，通過將氯化膽堿以及水混合后作為溶液，從而可以使得本發明溶液具有良好的分散/溶解性能，可以提高溶質的分散性，進而提高進一步所制得鍍層的性能。本發明的第二目的在于提供一種所述的溶液的制備方法，本發明中，通過將本發明溶質分散/溶解于溶劑中以制備本發明溶液，具有制備方法簡便，所制得的化學鍍溶液性能好等優點。本發明的第三個目的在于提供本發明納米復合化學鍍鎳溶液的應用，本發明納米復合化學鍍鎳溶液具有優良的使用性能，并能夠作為化學鍍原料而使用。一種納米復合化學鍍鎳溶液，所述納米復合化學鍍鎳溶液的溶劑為氯化膽堿與水的混合溶液，所述納米復合化學鍍鎳溶液的溶質包括鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，鎳鹽的濃度為15～40g/L，次磷酸鈉的濃度為10～40g/L，醋酸鈉的濃度為10～30g/L，檸檬酸鈉的濃度為10～30g/L，穩定劑的濃度為0.5～5g/L,納米金剛石的濃度為2～5g/L。本發明中，通過使用納米金剛石作為原料，從而能夠提高本發明溶液進一步所制得鍍層的耐磨性能；同時，本發明中，通過使用氯化膽堿以及水的混合物作為溶劑，從而能夠在有效減少用水的同時，還能夠保證本發明溶劑具有良好的溶解/分散性能。可選的，本發明中，納米復合化學鍍鎳溶液，所述納米復合化學鍍鎳溶液的溶劑為氯化膽堿與水的混合溶液，所述納米復合化學鍍鎳溶液的溶質為鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，鎳鹽的濃度為15～40g/L，例如可以為，但不限于18、20、25、30、32、35以及38g/L；次磷酸鈉的濃度為10～40g/L，例如可以為，但不限于15、20、22、25、28、30、35以及38g/L；醋酸鈉的濃度為10～30g/L，例如可以為，但不限于12、15、18、20、25或者28g/L；檸檬酸鈉的濃度為10～30g/L，例如可以為，但不限于15、20、25或者28g/L；穩定劑的濃度為0.5～5g/L，例如可以為，但不限于1、1.5、2、2.5、3、3.5、4或者4.5g/L；納米金剛石的濃度為2～5g/L，例如可以為，但不限于3、4或者4.5g/L?？蛇x的，本發明中，所述納米復合化學鍍鎳溶液中，鎳鹽的濃度為20～30g/L，次磷酸鈉的濃度為15～30g/L，醋酸鈉的濃度為15～25g/L，檸檬酸鈉的濃度為15～25g/L，穩定劑的濃度為1～3g/L,納米金剛石的濃度為3～4g/L。本發明中，通過對溶液中各組分用量的進一步調整，從而進一步優化了本發明溶液鍍鎳的效果，并能夠進一步改善所制得鎳涂層的強度和耐磨性?？蛇x的，本發明中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物；其中，硫酸鎳和氯化鎳的摩爾比為(1～3)：(1～5)；優選的，本發明中，硫酸鎳和氯化鎳的摩爾比為(1～2)：(3～5)。本發明中，通過對所用原料鎳鹽及其組成進一步的選擇和調整，從而進一步優化了本發明溶液鍍鎳的使用效果?？蛇x的，本發明中，所述氯化膽堿與水的摩爾比為(1～1.2)：(3～6)；優選的，本發明中，所述氯化膽堿與水的摩爾比為1：(4～5)。本發明中，通過對混合溶液中氯化膽堿與水用量比的選擇和調整，從而可以使得本發明混合溶液對溶質的溶解/分散性能更好，有利于各組分均勻分散，從而進一步提高所制得溶液的效果?？蛇x的，本發明中，所述納米金剛石的粒徑為10～60nm，例如可以為，但不限于15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm或者55mn等。本發明中，通過對納米金剛石粒徑的進一步調整和優化，選擇具有合適粒度的納米金剛石作為原料，從而可以使得原料納米金剛石能夠在混合溶液中更加均勻的分散。可選的，本發明中，所述穩定劑為醋酸鉛。同時，本發明還提供了所述納米復合化學鍍鎳溶液的制備方法，所述方法包括如下步驟：鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉以及穩定劑分別加入混合溶液中均勻混合后，再加入納米金剛石，然后再次均勻混合，即得所述納米復合化學鍍鎳溶液。本發明方法中，通過將本發明組合物中溶質分散/溶解于溶劑中以制備本發明溶液，具有制備方法簡便，所制得的化學鍍溶液性能好等優點。可選的，本發明中，所述方法中還進一步包括加入酸/堿，以調節鍍鎳溶液pH的步驟；進一步的，本發明中，是將鍍鎳溶液pH調至4.6～5.6。具體的，本發明中，所述制備方法的加料順序如下：首先向混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石。同樣的，本發明還提供了所述納米復合化學鍍鎳溶液在化學鍍鎳中的應用。本發明納米復合化學鍍鎳溶液具有優良的使用性能，并能夠作為化學鍍原料而使用?？蛇x的，本發明中，所述化學鍍鎳包括如下步驟：(1)對待鍍基體進行預處理；(2)將步驟(1)中處理后的基體與納米復合化學鍍鎳溶液接觸并鍍鎳；(3)將鍍鎳后的基體熱處理后清洗?？蛇x的，本發明中，所述對待鍍基體進行預處理為對基體進行拋光-除油-堿洗-酸洗-活化-水系-丙酮沖洗以及風干處理等預處理步驟?？蛇x的，本發明中，所述鍍鎳的溶液溫度為70～90℃，例如可以為，但不限于75、80或者85℃等；鍍鎳的時間為0.5～1.5h，例如可以為，但不限于1h或者1.2h等。可選的，本發明中，所述熱處理的溫度為300～500℃；優選的，本發明中，所述熱處理的溫度為350～450℃，例如可以為，但不限于360、370、380、390、400、410、420、430或者440℃等?？蛇x的，本發明中，步驟(4)中所述清洗為丙酮或水清洗；進一步的，本發明在清洗后，還進一步包括將化學鍍后的基體晾干的步驟。本發明中，通過對化學鍍步驟條件的選擇調整和優化，從而能夠進一步提高所制備鍍層的耐磨性。與現有技術相比，本發明的有益效果為：(1)本發明中，通過使用納米金剛石作為原料，并以氯化膽堿水溶液作為溶劑，同時還對各原料組分用量進一步調整和優化，從而可以使得本發明溶液成分均勻穩定，進一步所制得的鍍層也有良好的耐磨性能；(2)本發明中，通過對化學鍍方法條件的選擇和調整，從而能夠進一步提高本發明所制得的鍍層的耐磨性和硬度。具體實施方式下面將結合實施例對本發明的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。實施例1(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為2:3；所述納米金剛石的粒徑為10nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)首先向步驟(1)所制得混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽濃度為20g/L，次磷酸鈉濃度為15g/L，醋酸鈉濃度為25g/L，檸檬酸鈉濃度為25g/L，穩定劑的濃度為3g/L以及納米金剛石的濃度為4g/L的鍍鎳溶液，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為實施例1的鍍鎳溶液。實施例2(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:5的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為1:5；所述納米金剛石的粒徑為60nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)首先向步驟(1)所制得混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽的濃度為30g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為1g/L,納米金剛石的濃度為3g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為實施例2的鍍鎳溶液。實施例3(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為3:2；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)首先向步驟(1)所制得混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽的濃度為25g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為2g/L,納米金剛石的濃度為3g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為實施例3的鍍鎳溶液。實施例4(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)首先向步驟(1)所制得混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽的濃度為25g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為2g/L,納米金剛石的濃度為3g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為實施例4的鍍鎳溶液。實施例5(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為氯化鎳；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)首先向步驟(1)所制得混合溶液中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽的濃度為25g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為2g/L,納米金剛石的濃度為3g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為實施例5的鍍鎳溶液。實驗例1選取25塊同一批次經檢驗合格的低碳鋼作為基體，低碳鋼基體尺寸為20×30×2mm，分別對每塊低碳鋼進行拋光-除油-堿洗-酸洗-活化-水系-丙酮沖洗以及風干，待用。將25塊預處理后的低碳鋼基體分為5組，每組低碳鋼分別用等量的實施例1-5的鍍鎳溶液進行鍍鎳。鍍鎳的具體步驟為：將適量鍍鎳溶液加熱至80℃后，再將低碳鋼基體完全進入鍍鎳溶液中，并持續1h；然后將鍍鎳后的低碳鋼基體放入溫度為400℃的熱處理爐中，并保溫1h，然后將熱處理后的低碳鋼基體清洗后晾干，即得到各組鍍鎳后低碳鋼基體，記為實施例1-5的鍍鎳后低碳鋼基體。然后，使用HXD-1000顯微維氏硬度計對各組鍍鎳后的低碳鋼基體進行硬度測定。為了保證測定結果的準確性，每塊鍍鎳后的低碳鋼均選取三點進行測定，并計算其平均值，然后以該平均值為基數，計算各組鍍鎳后鋼板硬度平均值，結果如下所示：同時，分別用快速磨損試驗機對對各組鍍鎳后低碳鋼基體進行磨損性能測試，其中荷載為2kg，轉速為675r/min，并分別記錄各組鍍鎳后低碳鋼基體的鍍層磨損量，并計算各組磨損量平均值，結果如下所示：由上述測試結果可知，本發明鍍鎳后的低碳鋼板具有良好的硬度以及耐磨損性能。實驗例2首先，選取15塊實施例1中同一批次且相同規格的低碳鋼作為基體，并按照實施例1所述方法對低碳鋼基體進行處理。將15塊預處理后的低碳鋼基體分為3組，每組低碳鋼均以用等量的實施例3的鍍鎳溶液進行鍍鎳。并按照實驗例1所述方法進行鍍鎳，其中，第1組的5塊基板鍍鎳后放入200℃的熱處理爐中，并保溫1h；第2組的5塊基板鍍鎳后放入300℃的熱處理爐中，并保溫1h；第3組的5塊基板鍍鎳后放入500℃的熱處理爐中，并保溫1h。然后分別得到第1-3組的鍍鎳后的鋼板。然后，按照實施例1中所述方法對各組鍍鎳后鋼板的硬度進行測試，并計算其平均值，結果如下所示：實驗組第1組第2組第3組硬度平均值8769121127對比例1(1)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為3:2；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(2)首先向水中依次加入硫酸鈉和檸檬酸鈉，然后再加入鎳鹽，接著加入次磷酸鈉，然后加入穩定劑，最后加入納米金剛石，并機械攪拌均勻，使得各組分在溶劑中均勻分散，從而制得鎳鹽的濃度為25g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為2g/L,納米金剛石的濃度為3g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為對比例1的鍍鎳溶液。對比例1的鍍鎳溶液與實施例3的鍍鎳溶液相比，區別在于所用溶劑不同。對比例2(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為3:2；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)然后按照實施例3所述的方法，制得鎳鹽的濃度為25g/L，次磷酸鈉的濃度為30g/L，醋酸鈉的濃度為15g/L，檸檬酸鈉的濃度為15g/L，穩定劑的濃度為2g/L,納米金剛石的濃度為6g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為對比例2的鍍鎳溶液。對比例2的鍍鎳溶液與實施例3的鍍鎳溶液相比，區別在于所用納米金剛石的用量不同。對比例3(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉、納米金剛石以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為3:2；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)然后按照實施例3所述的方法，制得鎳鹽的濃度為45g/L，次磷酸鈉的濃度為50g/L，醋酸鈉的濃度為25g/L，檸檬酸鈉的濃度為25g/L，穩定劑的濃度為3g/L,納米金剛石的濃度為6g/L，并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為對比例3的鍍鎳溶液。對比例4(1)按照氯化膽堿與水的摩爾比為1:4的比例，將氯化膽堿與水混合后，制得混合溶劑；(2)分別稱取適量鎳鹽、次磷酸鈉、硫酸鈉、檸檬酸鈉以及穩定劑；其中，所述鎳鹽為硫酸鎳和氯化鎳的混合物，硫酸鎳與氯化鎳的摩爾比為3:2；所述納米金剛石的粒徑為30nm；所述穩定劑為醋酸鉛；(3)然后按照實施例3所述的方法，制得鎳鹽的濃度為45g/L，次磷酸鈉的濃度為50g/L，醋酸鈉的濃度為25g/L，檸檬酸鈉的濃度為25g/L，穩定劑的濃度為3g/L,并調節鍍鎳溶液的pH至5.0，即為對比例4的鍍鎳溶液。對比例5按照實施例3所述方法制備鍍鎳溶液，其中，所用金剛石為微米金剛石，金剛石的粒徑為10μm，即為對比例5的鍍鎳溶液。實驗例3選取25塊同一批次經檢驗合格的低碳鋼作為基體，低碳鋼基體尺寸為20×30×2mm，分別對每塊低碳鋼進行拋光-除油-堿洗-酸洗-活化-水系-丙酮沖洗以及風干，待用。將25塊預處理后的低碳鋼基體分為5組，每組低碳鋼分別用等量的對比例1-5的鍍鎳溶液進行鍍鎳。鍍鎳的具體步驟為：將適量鍍鎳溶液加熱至80℃后，再將低碳鋼基體完全進入鍍鎳溶液中，并持續1h；然后將鍍鎳后的低碳鋼基體放入溫度為400℃的熱處理爐中，并保溫1h，然后將熱處理后的低碳鋼基體清洗后晾干，即得到各組鍍鎳后低碳鋼基體，記為對比例1-5的鍍鎳后低碳鋼基體。然后，使用HXD-1000顯微維氏硬度計對各組鍍鎳后的低碳鋼基體進行硬度測定。為了保證測定結果的準確性，每塊鍍鎳后的低碳鋼均選取三點進行測定，并計算其平均值，然后以該平均值為基數，計算各組鍍鎳后鋼板硬度平均值，結果如下所示：同時，分別用快速磨損試驗機對對各組鍍鎳后低碳鋼基體進行磨損性能測試，其中荷載為2kg，轉速為675r/min，并分別記錄各組鍍鎳后低碳鋼基體的鍍層磨損量，并計算各組磨損量平均值，結果如下所示：本發明鍍鎳溶液原料配比適當且成分均勻穩定，進一步所制得的鍍層也有較高的硬度以及較好的耐磨性能。盡管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，在不背離本發明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發明范圍內的所有這些變化和修改。當前第1頁1 2 3