本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種耐高溫Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)鍍是指在鍍液中加入適當(dāng)?shù)倪€原劑使金屬離子在表面自發(fā)還原的一種新型表面處理技術(shù)。由于無(wú)需外加電源，成本較低，并且能夠使得鍍層均勻，具有較好的裝飾效果，在許多領(lǐng)域已經(jīng)開始取代電鍍技術(shù)，在電子、閥門制造、機(jī)械和汽車等工業(yè)中能得到廣泛地應(yīng)用。

1944年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局的A.Brenner和G.Riddell的發(fā)現(xiàn)，弄清楚了形成涂層的催化特性，發(fā)現(xiàn)了沉積非粉末狀鎳的方法，使化學(xué)鍍鎳技術(shù)工業(yè)應(yīng)用有了可能性，但那時(shí)的化學(xué)鍍鎳溶液極不穩(wěn)定，因此嚴(yán)格意義上講沒(méi)有實(shí)際價(jià)值。經(jīng)過(guò)多年的不斷探索與研究，近幾年已發(fā)展極成熟了。化學(xué)鍍鎳幾乎適用于所有金屬表面鍍鎳。如：鋼鐵鍍鎳，不銹鋼鍍鎳，鋁鍍鎳，銅鍍鎳等等，它同樣適用于非金屬表面鍍鎳。比如：陶瓷鍍鎳，玻璃鍍鎳，金剛石鍍鎳，碳片鍍鎳，塑料鍍鎳，樹脂鍍鎳等等。用化學(xué)鍍鎳沉積的鍍層，有一些不同于電沉積層的特性。硬度高、耐磨性良好。電鍍鎳層的硬度僅為l60～180HV，而化學(xué)鍍鎳層的硬度一般為400～700HV，經(jīng)適當(dāng)熱處理后還可進(jìn)一步提高到接近甚至超過(guò)鉻鍍層的硬度，故耐磨性良好，更難得的是化學(xué)鍍鎳層兼?zhèn)淞肆己玫哪臀g與耐磨性能。化學(xué)穩(wěn)定性高、鍍層結(jié)合力好。在大氣中以及在其他介質(zhì)中，化學(xué)鍍鎳層的化學(xué)穩(wěn)定性高于電鍍鎳層的化學(xué)穩(wěn)定性。與通常的鋼鐵、銅等基體的結(jié)合良好，結(jié)合力不低于電鍍鎳層和基體的結(jié)合力。熱處理是影響涂層的硬度、形貌和結(jié)構(gòu)的重要因素，是減少涂層材料的內(nèi)部缺陷，如空隙、位錯(cuò)等的一種常用方法。耐高溫涂層在工業(yè)運(yùn)用如航空航天、核電工業(yè)、汽車工業(yè)中有很大的潛力。

稀土有"工業(yè)維生素"的美稱。由于其具有優(yōu)良的光電磁等物理特性，能與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料，其最顯著的功能就是大幅度提高其他產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飛機(jī)、導(dǎo)彈的鋼材、鋁合金、鎂合金、鈦合金的戰(zhàn)術(shù)性能。而且，稀土同樣是電子、激光、核工業(yè)、超導(dǎo)等諸多高科技的潤(rùn)滑劑。

然而目前還沒(méi)有關(guān)于超聲熱處理制備Ni-B-Ce多功能復(fù)合沉積層液的相關(guān)研究。即使少數(shù)有涉及到Ni-B合金的研究，但其并沒(méi)有涉及到超聲熱處理及摻雜稀土元素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法。本發(fā)明的這種Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的低碳鋼表面耐腐蝕、耐摩擦性能和硬度不高的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明技術(shù)方案具體介紹如下。

本發(fā)明提供一種耐高溫Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層的超聲波輔助制備方法，具體步驟如下：首先對(duì)低碳鋼工件的表面進(jìn)行預(yù)處理，接著將預(yù)處理后的低碳鋼工件放入Ni-B-Ce復(fù)合沉積液中，在80-90℃的溫度下超聲，然后取出低碳鋼工件進(jìn)行干燥，最后在箱式電阻爐中，對(duì)低碳鋼工件進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為200-600℃，即在低碳鋼表面制得耐高溫Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層；其中：所述Ni-B-Ce復(fù)合沉積液中，每升沉積液中包括如下組分：鈰0.01～5g，六水合氯化鎳15～55g，硼氫化鈉0.1～4g，氫氧化鈉20～65g，乙二胺10～65g，十二烷基硫酸鈉0.1-0.4g。優(yōu)選的，所述Ni-B-Ce復(fù)合沉積液中，每升沉積液包括如下組分：鈰0.01～5g，六水合氯化鎳15～55g，硼氫化鈉0.1～4g，氫氧化鈉20～65g，乙二胺10～65g，十二烷基硫酸鈉0.1-0.4g。

本發(fā)明中，用氨水調(diào)節(jié)Ni-B-Ce復(fù)合沉積液pH值在13-14之間。

本發(fā)明中，預(yù)處理步驟包括依次的砂紙除污、丙酮脫脂、鹽酸酸洗以及鹽酸活化四個(gè)步驟。

本發(fā)明中，超聲強(qiáng)度在100-700W之間，超聲頻率在20-60KHZ之間。

本發(fā)明中，熱處理溫度為400-600℃。

本發(fā)明還提供一種上述制備方法得到的耐高溫Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層。

本發(fā)明中，耐高溫Ni-B-Ce的復(fù)合沉積層結(jié)構(gòu)呈菜花狀結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明中，通過(guò)超聲波輔助及化學(xué)鍍方法將化學(xué)復(fù)合沉積液應(yīng)用于碳鋼的表面，在碳鋼工件表面形成含有稀土(Ce)的鎳硼多功能復(fù)合沉積層，最后在管式爐中退火熱處理，超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的空化效應(yīng)和機(jī)械剪切效應(yīng)，在納米復(fù)合電沉積工藝中可以有效地分散納米顆粒，細(xì)化晶粒，從而保證納米復(fù)合鍍層具有良好的組織性能，改善鍍層晶向，增加鍍層光亮度，提高硬度和耐蝕性等。

和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明采用的一種Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積液，在原有的Ni-B沉積液中加入了稀土元素Ce，因此應(yīng)用該化學(xué)復(fù)合沉積液在碳鋼工件表面施鍍時(shí)，最終經(jīng)過(guò)熱處理所形成的Ni-B-Ce復(fù)合沉積層的耐磨性增強(qiáng)。即通過(guò)稀土Ce的性能，顯著改善了外界對(duì)碳鋼表面層的耐磨性。本發(fā)明的耐高溫Ni-B-Ce的復(fù)合沉積層有較強(qiáng)的耐腐蝕性能，其表現(xiàn)出的耐蝕性比單純的熱處理Ni-B合金層要好，并且對(duì)基體材料的物理性能無(wú)任何影響；此外，在制備過(guò)程中引入超聲波，進(jìn)一步細(xì)化了涂層表面晶粒。因此，最終所形成的耐高溫Ni-B-Ce復(fù)合沉積層具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，耐摩擦性及高硬度。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例2所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面的掃描電鏡圖。

圖2是實(shí)施例4所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面的掃描電鏡圖。

圖3是實(shí)施例6所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面的掃描電鏡圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的描述,但本發(fā)明并不限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明各實(shí)施例中所用的各種原料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為市售。

實(shí)施例1

一種Ni-B-Ce復(fù)合沉積液，按每升溶液計(jì)算，其組成及含量如下：

鈰 0.1g

六水合氯化鎳 20g

硼氫化鈉 0.5g

氫氧化鈉 30g

乙二胺 30g

十二烷基硫酸鈉 0.2g

余量為水。

將鈰、六水合氯化鎳、硼氫化鈉、氫氧化鈉、乙二胺、十二烷基硫酸鈉依次加入到蒸餾水中溶解，最后調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ni-B-Ce復(fù)合沉積液。

實(shí)施例2

將實(shí)施例1所得的多功能化學(xué)復(fù)合沉積液應(yīng)用于低碳鋼表面以形成Ni-B-Ce多功能化學(xué)復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟：

(1)、碳鋼工件的表面的預(yù)處理將低碳鋼工件的表面依次經(jīng)01#、02#和03#砂紙磨光除污，然后用丙酮在超聲波清洗器脫脂60s，用去離子水沖洗1min；然后再用質(zhì)量百分比濃度為20％的鹽酸酸洗30s，用去離子水沖洗1min；最后用質(zhì)量百分比濃度為5％的鹽酸活化15s，用去離子水沖洗1min；

(2)、將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積液中，溶液溫度控制在85℃，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在200W，超聲頻率在20KHZ，1h后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25℃進(jìn)行干燥。

(3)、將(2)得到的低碳鋼片在管式爐進(jìn)行熱處理，溫度設(shè)定為300℃，升溫速度為5度每分鐘，保溫時(shí)間2小時(shí)，最后得到熱處理后表面鍍有Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合鍍層的樣品A。其硬度值為649.3HV,阻抗值達(dá)到了5100，腐蝕電流密度達(dá)到了4.090×10-5。

圖1是實(shí)施例2所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面的掃描電鏡圖，呈菜花狀結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

一種Ni-B-Ce復(fù)合沉積液，按每升沉積液計(jì)算，其組成及含量如下：

鈰 1g，

六水合氯化鎳 30g

硼氫化鈉 1g

氫氧化鈉 30g

乙二胺 30g

十二烷基硫酸鈉 0.2g

余量為蒸餾水。

將鈰、六水合氯化鎳、硼氫化鈉、氫氧化鈉、乙二胺、十二烷基硫酸鈉依次加入到蒸餾水中溶解,最后用氨水調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ni-B-Ce復(fù)合沉積液。

實(shí)施例4

將實(shí)施例3所得的復(fù)合沉積液應(yīng)用于碳鋼表面以形成Ni-B-Ce多功能納米復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟：

(1)、碳鋼工件的表面的預(yù)處理將碳鋼工件的表面依次經(jīng)01#、02#和03#砂紙磨光除污，然后用丙酮在超聲波清洗器脫脂60s，用去離子水沖洗1min；然后再用質(zhì)量百分比濃度為20％的鹽酸酸洗30s，用去離子水沖洗1min；最后用質(zhì)量百分比濃度為5％的鹽酸活化15s，用去離子水沖洗1min；

(2)、將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ni-B-Ce化學(xué)沉積液中，溶液溫度控制在85℃，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在150W，超聲頻率在25KHZ，1h后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25℃進(jìn)行干燥。

(3)、將(2)得到的低碳鋼片在管式爐進(jìn)行熱處理，溫度設(shè)定為400℃，升溫速度為5度每分鐘，保溫時(shí)間2小時(shí)，最后得到熱處理后即得到熱處理后表面鍍有Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層的樣品B。其硬度值達(dá)到了770.9HV，阻抗值達(dá)到了5300，腐蝕電流密度達(dá)到了5.646×10^-6。

圖2是實(shí)施例4所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面的掃描電鏡圖，呈菜花狀結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例5

一種Ni-B-Ce復(fù)合沉積液，按每升溶液計(jì)算，其組成及含量如下：

鈰 1g

六水合氯化鎳 30g

硼氫化鈉 1g

氫氧化鈉 30g

乙二胺 45g

十二烷基硫酸鈉 0.2g

余量為蒸餾水。

將鈰、六水合氯化鎳、硼氫化鈉、氫氧化鈉、乙二胺和十二烷基硫酸鈉依次加入到蒸餾水中溶解,并用氨水調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ni-B-Ce復(fù)合沉積液。

實(shí)施例6

將實(shí)施例5所得的復(fù)合沉積液應(yīng)用于碳鋼表面以形成熱處理Ni-B-Ce多功能化學(xué)復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟：

(1)、碳鋼工件的表面的預(yù)處理將碳鋼工件的表面依次經(jīng)01#、02#和03#砂紙磨光除污，然后用丙酮在超聲波清洗器脫脂60s，用去離子水沖洗1min；然后再用質(zhì)量百分比濃度為20％的鹽酸酸洗30s，用去離子水沖洗1min；最后用質(zhì)量百分比濃度為5％的鹽酸活化15s，用去離子水沖洗1min；

(2)、將步驟(1)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ni-B-Ce沉積液中，鍍液溫度控制在85℃，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在200W，超聲頻率在20KHZ，1h后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25℃進(jìn)行干燥。

(3)、將(2)得到的低碳鋼片在管式爐進(jìn)行熱處理，溫度設(shè)定為500℃，升溫速度為5度每分鐘，保溫時(shí)間2小時(shí)，最后得到熱處理后表面鍍有Ni-B-Ce化學(xué)復(fù)合沉積層的樣品C。其硬度值達(dá)到了784.0HV,阻抗值達(dá)到了5200，腐蝕電流密度達(dá)到了5.422×10^-6。

圖3是實(shí)施例6所得的表面鍍有稀土鎳硼復(fù)合鍍鍍層并經(jīng)過(guò)熱處理的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面的掃描電鏡圖，呈菜花狀結(jié)構(gòu)。