[发明专利]用化学镀或电镀工艺制备Ni-P-UFD复合镀层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学镀或电镀工艺技术、纳米颗粒均匀分散技术、材料表面处理技术，特别是用化学镀或电镀工艺在各种工件和材料表面制备Ni-P-UFD(镍-磷-超微金刚石)复合镀层的方法。

背景技术

近20多年来，材料表面工程技术迅猛发展，各种功能性多元特种复合镀层在生产中的应用日益广泛，其应用领域涉及航空航天工程、电子工业、机械制造、仪器仪表制造、能源交通工程、信息和军事工程等技术部门及领域，在材料和工件表面制备特种复合镀层技术已成为材料表面改性的专门手段。随着材料学相关技术的发展和进步，该领域的技术和工艺仍在不断地发展创新。

用传统的化学镀或电镀工艺方法制备的Ni-P非晶态合金镀层具有较好的耐磨性和耐腐蚀性，其可焊性好、镀层厚度均匀、外观良好。工业上，Ni-P镀层常作为功能性镀层和绝缘体电镀前的预镀层，因该技术工艺过程不需要铬的氰化物，工艺结果对环境污染较小，常用于金属和无机非金属粉体材料的表面处理。因Ni-P镀层在后期热处理过程中将发生晶化，产生强化相Ni₃P的析出等转变，使Ni-P合金镀层具有较好的耐磨性，可被广泛用来代替高合金材料和硬铬镀层。传统化学镀或电镀方法制备的Ni-P镀层硬度一般为HV500-900，其抗拉强度一般在400～500MPa，为进一步提高其硬度和耐磨性能，以便将其应用于更多的特殊领域，目前世界范围内主要采用在传统的化学镀或电镀方法制备的Ni-P镀层中添加复合硬质相而构成Ni-P复合材料镀层，如在Ni-P镀层中添加石墨、SiC、Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等微粒开发高耐磨性Ni-P基复合材料镀层工艺，这类Ni-P复合材料镀层以高硬度、高耐磨及耐高温等性能，具有比传统的Ni-P镀层更优异和更广泛的应用前景。

爆轰法制备的超微金刚石兼备超硬材料和纳米颗粒的双重特性，近来在工业领域的应用越来越广泛。利用化学镀和电镀两种工艺，在Ni-P镀层中加入超微金刚石第二相颗粒形成Ni-P-UFD复合材料，在被镀件表面制备出Ni-P-UFD复合镀层，将进一步改善传统化学镀或电镀工艺制备Ni-P镀层的耐磨特性和硬度，拓展Ni-P镀层的应用领域和使用寿命，提高Ni-P镀层的硬度和耐磨、抗拉、抗腐蚀特性，这项技术在刀具、研磨、润滑、摩擦、化工、耐蚀的保护镀层、装饰等方面将会具有更广泛的用途。但该项技术最关键的技术是如何将纳米尺度的超微金刚石颗粒以溶胶的形式均匀分散在化学镀和电镀酸性或碱性溶液中，同时不破坏化学镀和电镀溶液的物理和化学特性，并在Ni-P镀层沉积过程中，使UFD超微颗粒均匀分布其中，在Ni-P-UFD复合镀层后续的热处理过程中能顺利实现Ni-P层的晶化与相转变过程。

纳米尺度的超微金刚石(UFD)颗粒直径一般在5-20nm，纯度在95％左右，在UFD的生产和用强酸处理提纯工艺过程中，UFD颗粒表面原子被人为引入了大量的羧基和羰基官能团，使得这些UFD纳米颗粒相互间具有较强的团聚作用，同时这些纳米颗粒本身表面大量的悬挂键也会造成镀液的化学物理性质产生变化，导致Ni-P复合镀层工艺过程的急剧改变，影响化学镀或电镀工艺法制备Ni-P-UFD复合镀层的物理特性。现有技术存在如下问题：在化学镀或电镀的高温、强酸碱镀液条件及镀液中UFD纳米颗粒相互间具有较强的团聚作用等因素影响下，化学镀或电镀工艺过程中易造成镀液中的UFD纳米颗粒团聚沉淀，同时UFD颗粒本身表面具有的大量悬挂键也易造成镀液的化学物理性质产生变化，导致Ni-P复合镀层工艺过程不稳定，UFD纳米颗粒在Ni-P-UFD复合镀层分布不均匀。

为解决现有技术存在的问题，必须开发新的方法和工艺，解决化学镀或电镀工艺过程中Ni-P-UFD复合镀层的制备问题，拓展Ni-P-UFD复合镀层的应用领域。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要研制一种用化学镀或电镀工艺制备Ni-P-UFD复合镀层的方法，保证UFD纳米颗粒能均匀添加到传统化学镀和电镀溶液中，并能耐受住化学镀或电镀的高温、强酸碱等条件，同时还要保证不产生沉淀和相分离，不破坏镀液的物理化学性质，使制备出的Ni-P-UFD复合镀层比传统的Ni-P镀层具有更高的硬度、耐磨性及耐高温性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种用化学镀或电镀工艺制备Ni-P-UFD复合镀层的方法包括以下步骤：