[发明专利]一种用于提高微粒射流电沉积复合镀层力学性能的方法

说明书

本发明公开一种用于提高微粒射流电沉积复合镀层力学性能的方法，在电解液中添加尿素添加剂，通过与共沉积的纳米颗粒作用，提高纳米颗粒表面电荷的极性，使纳米微粒出现自分散倾向，削弱团聚效应，有利于向阴极迁移、传递和容易被阴极表面俘获，从而提高纳米颗粒复合量和均匀性。

技术领域

本发明涉及一种用于提高微粒射流电沉积复合镀层力学性能的方法。

背景技术

先进表面工程技术领域，电沉积技术是最有应用前景的低成本涂层制作方法之一，具有工艺简单、操作方便、镀层种类多等优点，对于薄壁零件和损伤量较小零件的修复具有其它技术(如堆焊、激光、喷涂等)无法比拟的优势。不过用于沉积的单一元素基本上如铜、镍等金属，硬度、抗拉强度、抗蠕变强度低，对于被修复对象性能恢复效果较差。为了获得高性能的修复涂层，通常可采取复合电沉积的方式，即在电解液中添加纳米增强相颗粒，如纳米氧化铝和碳化硅颗粒，与金属离子共沉积在被修复材料表面，形成纳米复合镀层。由于纳米复合镀层包含有性能优异的纳米颗粒，因此产生的修复涂层具有良好的综合性能，可显著提高镀层硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及沉积的均匀性等。

不过，纳米颗粒的团聚问题成为了当前纳米复合镀层制备工艺亟待解决的难题。因为添加在电解液中的纳米颗粒粒径极小，一般仅为30纳米左右，因此具有极高的表面活性能，为了降低能量纳米颗粒通常具有团聚在一起的倾向。因此造成了两个负面影响：一是形成了纳米团聚体，增大了颗粒体积，阻碍了纳米颗粒在电解液中向阴极迁移，从而降低了镀液中纳米颗粒在复合镀层中的复合量；二是纳米颗粒团聚体不利于复合的纳米颗粒在镀层中的均匀分布。这在一定程度上削弱了纳米颗粒赋予复合镀层的性能。为解决纳米复合电沉积这一问题，研究人员尝试采取许多辅助方法削弱纳米团聚倾向，促进纳米颗粒的分散和均匀分布。这主要包括机械搅拌和超声波振荡等方式。化学方法在解决纳米颗粒的团聚的同时也引入了对镀层性能产生负面影响的其他成分，降低了其综合性能。物理方法也能够有效地分散纳米颗粒，但是由于工艺的限制也很难在整个镀层制备的过程中充分发挥作用。

射流电沉积方法是近年来出现的一种新型电沉积方法，它的主要特点是使电解液在一定压力下，高速喷向阴极表面，因此具有极高的液相传质作用，可在沉积层中形成细小的纳米晶结构以及极高的极限电流密度。同时其特有的高速液流也在纳米复合电沉积应用中起到了一定的搅拌作用，有效地避免了纳米颗粒的团聚。在专利CN 101717977 B 高硬度Cu-SiC 纳米复合镀层的制备方法及其专用设备，提出使用射流电沉积的方法制备将混有SiC 纳米颗粒的电解液在一定压力作用下高速从阳极腔高速喷向阴极表面，加速了电解液的流动，对电解液的纳米颗粒起到强烈的搅拌作用，有效地避免了纳米颗粒的团聚。不过这些方法仅仅单纯考虑到了一面，而没有将物理和化学作用效果结合起来，发挥综合作用，因此取得的效果也比较有限。如果将合适的添加剂与纳米颗粒同时添加到电解液中，使得添加剂在射流电沉积的强制搅拌作用下与纳米颗粒作用，使其自分散，可以取得纳米复合颗粒在镀层更高、更均匀的复合效果，有效提高修复镀层的沉积效果。通过最新的专利和文献检索，目前通过在射流电沉积工艺中添加尿素添加剂和纳米氧化铝，以提高镀层中增强颗粒复合含量，并起到了提高力学性能作用的技术构想和方案还没有出现。

发明内容

针对现有问题，本发明提供一种用于提高微粒射流电沉积复合镀层力学性能的方法，在电解液中添加尿素添加剂，通过与共沉积的纳米颗粒作用，提高纳米颗粒表面电荷的极性，使纳米微粒出现自分散倾向，削弱团聚效应，有利于向阴极迁移、传递和容易被阴极表面俘获，从而提高纳米颗粒复合量和均匀性。

具体方法如下步骤：

1）待修复基体材料表面预处理工艺：先用400目金相砂纸打磨待修复材料表面，去除其氧化层，再以800-1200目金相砂纸渐进式研磨、抛光；将打磨后的材料用35g/L NaOH溶液进行清洗，表面脱脂除油：然后用10%的浓硫酸及10%硝酸混合酸进行活化处理；蒸馏水清洗干净、晾干备用；