一種Ce-Ni-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種Ce?Ni?B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法。本發(fā)明將低碳鋼工件在Ce?Ni?B/GO復(fù)合沉積液中超聲，即在低碳鋼表面制得Ce?Ni?B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層；其中：復(fù)合沉積液中，每升沉積液中包括如下組分：鈰0.1～5g，六水合氯化鎳20～55g，硼氫化鈉0.5～4g，氫氧化鈉20～65g，乙二胺15～65克，十二烷基硫酸鈉0.1?2g，氧化石墨烯0.1～10g。本發(fā)明采用復(fù)合沉積液，基于超聲波與化學(xué)鍍技術(shù)，在低碳鋼表面制備多功能納米復(fù)合沉積層。制備的復(fù)合沉積層能有效提高低碳鋼的耐腐蝕性能，表面硬度、耐磨性等性能，且能有效的解決微粒開裂難題。
【專利說明】
一種Ce-N 1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種Ce-N1-B/GO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)】
[0002]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。
[0003]1944年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)局的A.Brenner和G.Riddel I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)格意義上講沒有實(shí)際價(jià)值。經(jīng)過多年的不斷探索與研究，近幾年已發(fā)展極成熟了?；瘜W(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160?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?；瘜W(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。
[0004]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)等諸多高科技的潤滑劑。
[0005]然而目前還沒有關(guān)于超聲制備Ce-N1-B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N1-B合金的研究，但其并沒有涉及到超聲及摻雜稀土元素與氧化石墨烯G0。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層及其超聲波輔助制備方法，本發(fā)明的這種制備Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層的方法解決了現(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)問題。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案具體介紹如下。
[0008]本發(fā)明提供一種Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層的超聲波輔助制備方法，其首先對低碳鋼工件的表面進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的低碳鋼工件放入Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液中80-90°C溫度下超聲，最后取出低碳鋼工件干燥，即在低碳鋼表面制得Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層;其中:所述Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液中，每升沉積液中包括如下組分:鈰0.1?5g，六水合氯化鎳20?55g，硼氫化鈉0.5?4g，氫氧化鈉20?65g，乙二胺15?65克，十二燒基硫酸鈉0.2?2g，氧化石墨稀GO 0.1?10g。
[0009]本發(fā)明中，Ce-N1-B/G0復(fù)合沉積液用氨水調(diào)節(jié)pH值在13?14之間。
[0010]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。
[0011]本發(fā)明中，超聲強(qiáng)度在100?700W之間，超聲頻率在20-40KHZ之間；超聲過程中，轉(zhuǎn)速為 200r/min。
[0012]本發(fā)明中，干燥溫度為15_25°C。
[0013]本發(fā)明還提供一種上述制備方法得到的Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層。
[0014]本發(fā)明中，一種Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液的制備方法，按照投料比分別稱取或者量取事先處理過的鈰、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，然后將表面改性的GO加入到上述沉積液中，最后用氨水溶液調(diào)節(jié)pH值到13?14，即得到用于制備Ce-N1-B/GO多功能復(fù)合沉積層的沉積液。
[0015]本發(fā)明中，通過上述基于聲電化學(xué)技術(shù)所得樣品的表面所形成的Ce-N1-B的復(fù)合沉積層結(jié)構(gòu)呈胞狀、非晶體結(jié)構(gòu)。
[0016]本發(fā)明制備方法中，通過超聲波輔助及化學(xué)鍍方法將本發(fā)明的化學(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 (RE)和GO的鎳硼多功能復(fù)合沉積層，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。
[0017]本發(fā)明的一種Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積液，由于在原有的N1-B沉積液中加入了稀土元素Ce和GO，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)，最終所形成的Ce-N1-B/GO 復(fù)合沉積層的耐磨性增強(qiáng)。即通過稀土 RE 和 GO 的性能，顯著改善了外界對碳鋼表面層的耐磨性。利用本發(fā)明，所得的Ce-N1-B/GO的復(fù)合沉積層為較強(qiáng)的耐腐蝕性能，其表現(xiàn)出的耐蝕性比單純的N1-B合金層要好，并且對基體材料的物理性能無任何影響;此外，在制備過程中引入超聲波，進(jìn)一步細(xì)化了涂層表面晶粒和提高了涂層中氧化石墨GO的含量和均勻性。因此，最終所形成的Ce-N1-B/GO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。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)施例2所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳硼復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面的掃描電鏡圖。
[0019]圖2是實(shí)施例4所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳磷復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面的掃描電鏡圖。
[0020]圖3是實(shí)施例6所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳磷復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面的掃描電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(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。
[0022]本發(fā)明各實(shí)施例中所用的各種原料，如無特殊說明，均為市售。
[0023]實(shí)施例1
[0024]—種Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液，按每升溶液計(jì)算，其組成及含量如下:
[0025]鈰0.1g
[0026]六水合氯化鎳20g
[0027]硼氫化鈉0.5g
[0028]氫氧化鈉30g
[0029]乙二胺30g
[0030]十二烷基硫酸鈉0.2g
[0031]氧化石墨烯GO 0.5g
[0032]余量為水。
[0033]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，然后加入表面改性的氧化石墨烯GO加入到上述沉積液中，最后調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液。
[0034]實(shí)施例2
[0035]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Ce-N1-B/GO多功能化學(xué)復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟:
[0036](I )、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Imin;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Imin;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Imin ；
[0037](2)、將步驟(I)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積液中，溶液溫度控制在85°C，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在200W，超聲頻率在20KHZ，lh后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25°C進(jìn)行干燥后，即得到表面鍍有Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合層的樣品A。圖1是實(shí)施例2所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳硼復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件A的鍍層表面的掃描電鏡圖。結(jié)果顯示鍍層呈胞狀、非晶體結(jié)構(gòu)。對鍍層進(jìn)行維氏硬度計(jì)測試，硬度值為638.3HV，腐蝕電流密度數(shù)量級達(dá)到了 10—5。
[0038]實(shí)施例3
[0039]—種Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液，按每升沉積液計(jì)算，其組成及含量如下:
[0040]鈰lg，
[0041 ] 六水合氯化鎳30g
[0042]硼氫化鈉Ig
[0043]氫氧化鈉30g
[0044]乙二胺30g
[0045]十二烷基硫酸鈉0.2g
[0046]氧化石墨烯GO 4g
[0047]余量為蒸餾水。
[0048]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，然后加入表面改性的氧化石墨烯G0，最后用氨水調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ce-N1-B/G0復(fù)合沉積液。
[0049]實(shí)施例4
[0050]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Ce-N1-B/GO多功能納米復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟:
[0051](I)、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Imin;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Imin;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Imin ；
[0052](2)、將步驟(I)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ce-N1-B/GO化學(xué)沉積液中，溶液溫度控制在85°C，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在150W，超聲頻率在25KHZ，lh后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25°C進(jìn)行干燥后，即得到表面鍍有Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層的樣品B。圖2是實(shí)施例4所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳磷復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件B的鍍層表面的掃描電鏡圖。結(jié)果顯示鍍層呈胞狀、非晶體結(jié)構(gòu)。對鍍層進(jìn)行維氏硬度計(jì)測試，硬度值達(dá)到了 750.9HV，腐蝕電流密度數(shù)量級達(dá)到了 10—6。
[0053]實(shí)施例5
[0054]一種Ce-N1-B復(fù)合沉積液，按每升溶液計(jì)算，其組成及含量如下:
[0055]鈰Ig
[0056]六水合氯化鎳30g
[0057]硼氫化鈉Ig
[0058]氫氧化鈉30g
[0059]乙二胺45g
[0060]十二烷基硫酸鈉0.2g[0061 ] 氧化石墨烯GO 8g
[0062]余量為蒸餾水。
[0063]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，然后向其中加入表面改性的GO，并用氨水調(diào)節(jié)pH值到14，即得到Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液。
[0064]實(shí)施例6
[0065]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Ce-N1-B/GO多功能化學(xué)復(fù)合沉積層，具體包括如下步驟:
[0066](I)、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Imin;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Imin;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Imin ；
[0067](2)、將步驟(I)經(jīng)預(yù)處理后的碳鋼工件放入Ce-N1-B/GO沉積液中，鍍液溫度控制在85 0C，轉(zhuǎn)速為200r/min，超聲強(qiáng)度在200W，超聲頻率在20KHZ，Ih后取出，用去離子水進(jìn)行洗凈后，控制溫度在25°C進(jìn)行干燥后，即得到表面鍍有Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層的樣品C。圖3是實(shí)施例6所得的表面鍍有稀土石墨烯鎳磷復(fù)合鍍鍍層的鋼鐵合金鍍件C的鍍層表面的掃描電鏡圖，結(jié)果顯示鍍層呈胞狀、非晶體結(jié)構(gòu)。對鍍層進(jìn)行維氏硬度計(jì)測試，硬度值達(dá)到了 684.0HV，腐蝕電流密度達(dá)到了 1一6。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層的超聲波輔助制備方法，其特征在于，其首先對低碳鋼工件的表面進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的低碳鋼工件放入Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液中80-90°C溫度下超聲，最后取出低碳鋼工件干燥，即在低碳鋼表面制得Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層;其中:所述Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液中，每升沉積液中包括如下組分:鈰0.1?5g，六水合氯化鎳20?55g，硼氫化鈉0.5?4g，氫氧化鈉20?65g，乙二胺15?65克，十二燒基硫酸鈉0.1?2g，氧化石墨稀GO 0.1?10g。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，Ce-N1-B/GO復(fù)合沉積液用氨水調(diào)節(jié)體系的pH值在13?14之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，超聲強(qiáng)度在100?700W之間，超聲頻率在20?40KHZ之間，超聲過程中，轉(zhuǎn)速為200r/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，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。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，干燥溫度為15?25°C。6.—種根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的制備方法得到的Ce-N1-B/GO化學(xué)復(fù)合沉積層。
【文檔編號】C23C18/34GK105839082SQ201610420175
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】蔣繼波, 錢煒, 馮晨萁, 韓生, 朱麗瑩, 初勝亞, 呂沖
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院