[发明专利]Cr/Al2O3/SiC复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cr/Al₂O₃/SiC复合涂层及其制备方法，属于金属表面处理方法技术领域。

背景技术

通过复合电沉积的方法把金属Cr或Ni与纳米陶瓷粒子进行多项复合，在基体材料表面形成不同性能的金属-陶瓷复合镀层，使镀层既具备良好的结合强度，同时又具有陶瓷的硬度与抗腐蚀、耐磨损性能，已经在国内外相关研究中被广泛关注。采用复合电镀工艺对弹簧钢表面进行处理，可以形成含有微量SiC的复合镀层，不但能够提高其耐磨性能，同时可以扩展其使用范围(杨建桥，梁博，弹簧钢表面Cr-SiC复合电镀工艺及镀层性能[J]，腐蚀与防护，2008，29(3)：147-151)。采用脉冲电沉积技术可以在一定程度上改善镀层的形貌和减小镀层应力。研究表明，采用双脉冲电沉积制备的Ni-Al₂O₃复合镀层不仅厚度高，而且硬度也大幅提高，同时具有较强的抗腐蚀性能(石淑云，常立民，Al₂O₃粒子对双脉冲电沉积Ni-Al₂O₃镀层组织与性能的影响[J]，材料保护，2007，40(11)：10-12)。

采用直流或脉冲直流复合电沉积的方法，均能够在电镀过程中使不同的纳米粒子进入镀层中形成复合层，提高镀层的强度、抗腐蚀及耐磨损等性能。但是由于复合电沉积过程中的掺杂颗粒多为不携带电荷的陶瓷粒子，受电场作用移动的趋势不明显，在沉积过程中主要依靠金属离子的携带而进入镀层，由此导致复合镀层中的陶瓷粒子含量极低，而掺杂粒子的含量明显影响镀层的各项性能，因此，研究一种新型复合电沉积的方法，提高镀层中的金属粒子含量，对于提高金属材料的各项性能及使用范围均具有重要的理论价值和工程价值。

发明内容

本发明的目的在于克服复合镀层中陶瓷含量低的缺陷，提供一种Al₂O₃/SiC复合粒子质量百分含量在3％～10％的Cr/Al₂O₃/SiC复合涂层。

本发明的另一个目的在于提供Cr/Al₂O₃/SiC复合涂层的制备方法。

本发明提供的金属基体表面涂层由金属Cr和纳米Al₂O₃/SiC复合粒子构成，厚度5微米到30微米之间，Al₂O₃包覆的SiC颗粒以纳米粒子的形态分散在Cr镀层中。

所述金属基体为铁、钢、铜、铝。

上述金属基体表面复合镀层的制备方法为：

(1)制备饱和氧化铝溶胶，并搅拌2小时以上；

(2)在饱和氧化铝溶胶搅拌过程中，将纳米级粒径的SiC粉体缓慢加入饱和氧化铝溶胶中，得到混合溶液A；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液A，在超声波作用下分散1小时以上，使颗粒分布均匀；

(4)加入碱液使混合溶液A发成沉淀，过滤后获得Al(OH)₃包覆的SiC沉积物B；

(5)将沉积物B置于真空电炉中加热1小时以上，取出后研磨成纳米级的Al₂O₃/SiC 复合粒子粉末C；

(6)制备电镀液D；

(7)将步骤(5)得到的Al₂O₃/SiC复合粒子粉末C缓慢加入上述电镀液D中并连续搅拌；

(8)以金属材料为阴极、不溶性合金为阳极，连续电沉积30分钟以上即获得致密的 Cr/Al₂O₃/SiC复合镀层。

本发明采用氧化铝溶胶对纳米碳化硅粉体进行活性处理，获得在酸性条件下具有较强沉积能力的纳米Al₂O₃/SiC复合粒子粉末，将纳米Al₂O₃/SiC复合粒子粉末以超声波分散后加入镀铬溶液中，在电流作用下使金属阴极表面沉积形成Cr-Al₂O₃-SiC复合涂层，涂层主要由金属Cr和纳米Al₂O₃/SiC复合粒子构成，致密性良好，在腐蚀介质中表现出良好的抗腐蚀性能。本发明可在各种机械及工具、工件表面改性处理领域得以广泛应用，能够在保证涂覆层与基体表面结合强度的前提下，大幅提高其表面的耐磨性能与抗腐蚀性能。