含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層及製備方法
2023-10-10 19:19:34 1
專利名稱：含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層及製備方法
技術領域：
本發明涉及用金屬材料對材料的鍍覆，尤其是涉及含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層及製備方法。
背景技術：
複合鍍層具有良好的耐磨和減摩性能，在工業技術中具有廣泛的應用。目前，在複合鍍層中所含有的固體顆粒主要有碳化矽、氧化鋁、石墨、硫化鎢和硫化鉬。含有碳化矽、氧化鋁、石墨、硫化鎢或硫化鉬的Ni-P複合鍍層的磨損率可以降低到Ni-P複合鍍層的40％-50％，摩擦係數從Ni-P鍍層的0.11-0.12降低到0.10-0.06。但是目前含有這些固體顆粒的複合鍍層的耐磨性能和減摩性能還不是十分理想。另外，在高溫下(400℃以上)硫化鎢和硫化鉬會被分解氧化。
最近具有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的合成和應用研究引起了人們的極大興趣，這些納米材料具有球形或類球形形貌，在空氣氣氛中熱穩定性可以達到800-400℃。這些具有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料採用水熱法合成，合成溫度較低(在100-180℃)，原料價格便宜，合成設備簡單，可以批量合成。具體的合成過程在文獻(Xun Wang and Yadong Li，Fullerene-likerare-earth nanoparticles，Angew.Chem.Int.Ed，2003，42，3497-3500.)已有詳細的說明。
但是迄今為止有關用具有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料製備耐磨和減摩的複合鍍層的研究還未見公開報導。
發明內容
本發明涉及含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層及製備方法，用複合化學鍍或複合電沉積法製備一種不僅具有高耐磨性能，並具有低摩擦係數的鎳基複合鍍層。
本發明採用的技術方案是含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層，是在鍍層中含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料。其粒徑為20～60納米；所述的類富勒烯結構稀土氟化物納米材料為LaF3，CeF3，PrF3，NdF3或SmF3。
含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層的製備方法，採用複合化學鍍或複合電沉積的方法，在複合鍍液中含有3～50g/L的類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料。
方案1含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的複合鍍層的製備方法採用複合化學鍍的方法，化學鍍溶液和工藝條件如下硫酸鎳或氯化鎳 10～35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鈉 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℃類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料 5～40g/L鍍覆時間 2～4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2含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的複合鍍層的製備方法是採用複合電沉積的方法，複合電沉積溶液和工藝條件如下硫酸鎳150～300g/L氯化鎳10～80g/L硼酸 0～40g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸0～40g/L硫酸納20～90g/L溫度 15～80℃類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料 5～40g/L陰極電流密度 1～5A/dm2時間 1～3小時與背景技術相比本發明具有的有益的效果是1)本發明的含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的的複合鍍層具有高的耐磨性能和低的摩擦係數。在同等測試條件下，其磨損量為Ni-P鍍層的17-30％，是Ni-P-SiC的40-50％，其摩擦係數只有0.030-0.037，而Ni-P鍍層和Ni-P-SiC複合鍍層的摩擦係數為0.10-0.11；
2)本發明的複合鍍層中含有的類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料在空氣中具有很高的熱穩定性，因此也適合高溫環境下的摩擦學使用；3)本發明採用的類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料合成方法簡單，可以批量合成，成本低廉；4)本發明採用的化學複合鍍和複合電沉積方法製備含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的複合鍍層的方法簡單，適合於工業化生產5)本發明的含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的的複合鍍層具有高耐磨和減摩性能，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用複合化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni-P複合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳24g/L，次亞磷酸鈉23g/L，乳酸5mL/L，醋酸鈉12g/L，pH＝5.5，溫度85℃，類富勒烯結構LaF3納米材料8g/L，時間3小時。摩擦磨損實驗結果表明含有類富勒烯結構LaF3納米材料的Ni-P複合鍍層的磨損量減少為Ni-P化學鍍層的17～26％、Ni-P-碳化矽化學複合鍍層的40～50％，其摩擦係數為0.027，而Ni-P和Ni-P-碳化矽化學鍍層的摩擦係數為0.11和0.10。證明含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni-P複合鍍層具有更好的耐磨和減摩性能。
實施例2用複合化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni-W-P複合鍍層。其鍍覆方法如下硫酸鎳25g/L，鎢酸鈉65g/L，次亞磷酸鈉22g/L，檸檬酸鈉100g/L，乳酸6mL/L，硫酸銨30g/L，pH＝9.4，溫度90℃，類富勒烯結構CeF3納米材料6g/L，時間2.5小時。摩擦磨損實驗結果表明含有類富勒烯結構CeF3納米材料的Ni-W-P複合鍍層的磨損量是Ni-W-P-氧化鋁化學複合鍍層的60～70％，其摩擦係數為0.031，而Ni-W-P-氧化鋁複合鍍層的摩擦係數為0.06。
實施例3用複合化學鍍的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni-B複合鍍層。其鍍覆方法如下氯化鎳30g/L，硼氫化鈉0.8g/L，乙二胺55g/L，氫氧化鈉40g/L，pH＝14，溫度75℃，類富勒烯結構的PrF3納米材料的10g/L，時間3小時。摩擦磨損實驗發現含有類富勒烯結構的PrF3納米材料的Ni-B複合鍍層的磨損量分別是Ni-B鍍層的21～30％、Ni-B-石墨複合鍍層的35～43％，其摩擦係數為0.035，而Ni-B和Ni-B-石墨的摩擦係數為0.12和0.065。
實施例4用複合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni複合鍍層。電鍍溶液的成分和操縱條件如下硫酸鎳250g/L，氯化鎳30g/L，硼酸30g/L，pH＝3～4，溫度45～60℃，類富勒烯結構的NdF3納米材料30g/L，陰極電流密度2A/dm2，時間2小時。摩擦磨損實驗結果表明含有類富勒烯結構NdF3納米材料的Ni複合鍍層的磨損量是Ni鍍層的25～31％，其摩擦係數為0.037，Ni鍍層的摩擦係數為0.13。
實施例5用複合電沉積的方法在45#鋼基體上鍍覆含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的Ni-P複合鍍層。電鍍溶液的成分和操縱條件如下硫酸鎳200 g/L，氯化鎳15g/L，次亞磷酸鈉8g/L，硫酸鈉40g/L，溫度75℃，類富勒烯結構SmF3納米材料20g/L，陰極電流密度1.5A/dm2，時間2小時。摩擦磨損實驗結果表明含有類富勒烯結構SmF3納米材料的Ni-P複合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的20～25％，其摩擦係數為0.035，Ni-P鍍層的摩擦係數為0.10。
權利要求
1.含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層，其特徵在於在鍍層中含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料，其粒徑為20～60納米；所述的類富勒烯結構稀土氟化物納米材料為LaF3，CeF3，PrF3，NdF3或SmF3。
2.含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層的製備方法，其特徵在於採用複合化學鍍和複合電沉積的方法，在複合鍍液中含有3～50g/L的類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料。
3.根據權利要求2所述的含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層的製備方法，其特徵在於複合化學鍍溶液和工藝條件如下硫酸鎳或氯化鎳 10～35g/L次亞磷酸鈉或硼氫化鈉 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℃類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料 5～40g/L鍍覆時間 2～4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所述的含類富勒烯結構稀土氟化物納米材料複合鍍層的製備方法，其特徵在於複合電沉積溶液和工藝條件如下硫酸鎳 150～300g/L氯化鎳 10～80g/L硼酸 0～40g/L次亞磷酸鈉或亞磷酸 0～40g/L硫酸納 20～90g/L溫度 15～80℃類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料 5～40g/L陰極電流密度 1～5A/dm2時間 1～3小時
全文摘要
本發明公開了一種含有類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料的複合鍍層及其製備方法。這種複合鍍層的製備是採用複合化學鍍或複合電沉積，在複合鍍液中含有5～40g/L的類富勒烯結構的稀土氟化物納米材料。所述的類富勒烯結構稀土氟化物納米材料為LaF
文檔編號C25D3/12GK1644761SQ20051004892
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月17日 優先權日2005年1月17日
發明者陳衛祥 申請人:浙江大學