含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層及其製備方法

2023-04-27 19:32:16

專利名稱：含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層及其製備方法
技術領域：
本發明涉及用金屬材料對材料的鍍覆，尤其是含有無機富勒烯納米材料的複合鍍層及其製備方法。
背景技術：
現有的各種複合鍍層，其中所含有的固體顆粒主要有碳化矽、金剛石、石墨以及層狀結構的金屬硫化物(如硫化鎢和硫化鉬)，但是目前含有這些固體顆粒的複合鍍層在其耐磨性能、自潤滑性能、摩擦學性能對環境的穩定性並不是十分理想。
傳統層狀結構的過渡金屬硫化物(如硫化鎢和硫化鉬)作為潤滑劑已得到了廣泛的應用，但由於其晶體邊緣不飽和的懸掛鍵具有化學活性，在摩擦過程中容易粘合到金屬的表面和被氧化，使摩擦學性能急劇降低。無機類富勒烯過渡金屬硫化物具有嵌套的類似於富勒烯碳的結構，具有良好的化學穩定性和優異的摩擦學性能。有關無機類富勒烯納米材料的基礎研究和摩擦學應用研究的文獻主要有[1]R.Tenne，L.Margulis，M.Genut，G.Hodes，Nature，1992，360444[2]L.Margulies，G.Salitra，R.Tenne，M.Talianker，Nature，1993，365113[3]L.Rapoport，Y.Feldman，M.Homyonfer，et al.，Wear，1999，225975[4]L.Rapoport，M.Lvovsky，I.Lapsker，et al.，Wear，2001，249140-157[5]M.Chhowalla and G.A.J.Amaratunga.Nature，2000，407164[6]L Rapoport，Lvovsky M，LapskerI，et al.，Advance Eng.Mater.2001，3(1-2)71-75但是迄今為止有關用無機類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料製備具有高耐磨性能和低摩擦係數的複合鍍層的研究還未見報導。

發明內容
本發明採用含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層及其製備方法，用化學鍍或電鍍製備得到一種不僅具有高耐磨性能，並具有低摩擦係數的複合鍍層。
本發明的技術方案是含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層是在鍍層中含有無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
採用化學鍍或電鍍，在化學鍍液和電鍍液中，含有1～35g/L的無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
方案一含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層的製備方法採用化學鍍的方法，化學鍍溶液和條件如下硫酸鎳或氯化鎳10-35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鉀 0.5-35g/L鎢酸鈉0-70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0-100g/L乳酸 0-20mL/LpH4-14溫度 60-90℃直徑為50-500nm的無機類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬1-35g/L鍍覆時間 1-4小時用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調整溶液的pH值。
方案二含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層的製備方法，採用電鍍的方法，電鍍溶液和條件如下硫酸鎳130-300g/L氯化鎳10-80g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸0-40g/L硫酸納20-90g/L溫度 15-80℃直徑為50-500nm的無機類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L陰極電流密度 1-10A/dm2時間 0.5-3小時同現有技術比較本發明具有以下突出的優點1)本發明的含有無機類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料的複合鍍層不僅具有高的耐磨性能，而且具有極低的摩擦係數。在同等測試條件下，其磨損量為Ni-P鍍層的1/5，是Ni-P-層狀WS2複合鍍層的1/3，是Ni-P-SiC複合鍍層的1/2；其摩擦係數只有0.03，而Ni-P鍍層、Ni-P-(2H-WS2)和Ni-P-SiC複合鍍層的摩擦係數分別為0.09、0.06、0.10。
2)本發明有化學鍍和電鍍的方法製備無機類富勒烯過渡金屬硫化物納米材料複合鍍層的方法簡單，可以鍍覆在不同金屬零件表面上，適合於工業化生產。
3)這種上述具有高耐磨性能和極低摩擦係數的無機類富勒烯複合鍍層，可以延長金屬零件的使用壽命，並且降低能源消耗，有利於環境保護，因此在汽車、機械、化工、航空航天等工業部門具有廣泛的應用。
具體實施例方式
實施例1用化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-P複合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳22g/L，次亞磷酸鈉22g/L，乳酸6mL/L，醋酸鈉12g/L，pH＝5，溫度90℃，無機類富勒烯WS2納米材料6g/L，時間3小時。摩擦磨損實驗結果表明含有無機類富勒烯硫化鎢的Ni-P複合鍍層的磨損量分別是Ni-P鍍層的1/5、Ni-P-SiC鍍層的1/2，其摩擦係數為0.026-0.032，而Ni-P和Ni-P-SiC的摩擦係數為0.09-0.10和0.10-0.12。證明含有無機類富勒烯硫化鎢的Ni-P複合鍍層不僅具有高的耐磨性能，而且具有低的摩擦係數。
實施例2用化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-W-P複合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳25g/L，鎢酸鈉60g/L，次亞磷酸鈉23g/L，檸檬酸鈉95g/L，乳酸7mL/L，硫酸銨30g/L，pH＝9，溫度85℃，無機類富勒烯MoS2納米材料5g/L，時間2.5小時。摩擦磨損實驗結果表明含有無機類富勒烯硫化鎢的Ni-W-P複合鍍層的磨損量是一般層狀結構硫化鎢Ni-W-P複合鍍層的1/3，其摩擦係數為0.027-0.031，而一般層狀結構硫化鎢複合鍍層的摩擦係數為0.06-0.08。證明具有嵌套類富勒烯結構硫化鎢Ni-P複合鍍層比一般層狀結構硫化鎢的複合鍍層具有更高的耐磨性能和更低的摩擦係數。
實施例3用化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-B複合鍍層。其鍍覆方法如下氯化鎳30g/L，硼氫化鉀0.9g/L，乙二胺55g/L，氫氧化鈉40g/L，pH＝14，溫度75℃，無機類富勒烯MoS2納米材料5g/L，時間3小時。摩擦磨損實驗發現含有無機類富勒烯硫化鉬的Ni-B複合鍍層的磨損量分別是Ni-B鍍層的1/6、Ni-B-SiC鍍層的1/3，其摩擦係數為0.024-0.030，而Ni-B和Ni-B-SiC的摩擦係數為0.1和0.11。說明含有無機類富勒烯硫化鉬的Ni-B複合鍍層具有優異的摩擦學性能。
實施例4鋁合金經除油、鹼性浸蝕和酸性浸蝕後，通過二次予浸鋅或浸鋅鎳合金，然後用化學鍍方法在其表面鍍覆無機類富勒烯硫化鎢納米材料的Ni-P複合鍍層。化學鍍方法同實施例1。摩擦磨損實驗發現鋁合金表面無機類富勒烯硫化鎢Ni-P複合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5-1/6，其摩擦係數為0.03，而Ni-P鍍層的摩擦係數為0.11。
實施例5用電鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有無機類富勒烯納米材料的Ni-P複合鍍層。電鍍溶液的成分和操縱條件如下硫酸鎳200g/L，氯化鎳15g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硫酸鈉40g/L，溫度75℃，無機類富勒烯WS2納米材料15g/L，陰極電流密度2A/dm2，時間2小時。摩擦磨損實驗結果表明無機類富勒烯硫化鎢的Ni-P複合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5～1/7，其摩擦係數為0.024-0.035，Ni-P鍍層的摩擦係數為0.1。
權利要求
1.含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層，其特徵在於在鍍層中含有無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
2.含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層的製備方法，其特徵在於採用化學鍍或電鍍，在化學鍍液和電鍍液中，含有1～35g/L的無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。
3.根據權利要求2所述的含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層的製備方法，其特徵在於採用化學鍍的方法，化學鍍溶液和條件如下硫酸鎳或氯化鎳 10-35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鉀 0.5-35g/L鎢酸鈉 0-70g/L檸檬酸鈉或乙二胺 0-100g/L乳酸 0-20mL/LpH 4-14溫度 60-90℃直徑為50-500nm的無機類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L鍍覆時間 1-4小時用醋酸或醋酸鈉或氫氧化鈉或硫酸銨調整溶液的pH值。
4.根據權利要求2所述的含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層的製備方法，其特徵在於採用電鍍的方法，電鍍溶液和條件如下硫酸鎳 130-300g/L氯化鎳 10-80g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸 0-40g/L硫酸納 20-90g/L溫度 15-80℃直徑為50-500nm的無機類富勒烯納米材料硫化鎢或硫化鉬 1-35g/L陰極電流密度 1-10A/dm2時間 0.5-3小時
全文摘要
本發明公開了一種含有無機類富勒烯納米材料的複合鍍層及其製備方法,是在鍍層中含有無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。採用化學鍍或電鍍,在化學鍍液和電鍍液中,含有1～35g/L的無機類富勒烯納米材料的硫化鎢或硫化鉬。本發明的複合鍍層不僅具有高的耐磨性能,而且具有更低的摩擦係數。在同等測試條件下,其磨損量為Ni－P鍍層的1/5,是Ni－P－層狀WS
文檔編號C25D3/54GK1332270SQ01122958
公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月18日 優先權日2001年7月18日
發明者陳衛祥, 徐鑄德, 陳文錄, 祁建琴, 甘海洋 申請人:浙江大學