[发明专利]一种铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层及其制备方法与应用

说明书

本发明属于表面工程与表面处理技术领域，具体公开了一种铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层及其制备方法与应用。所述方法为(1)配制复合镀液：Fe²⁺/Fe³⁺盐、Co²⁺/Co³⁺盐、Ni²⁺/Ni³⁺盐、钨酸盐、络合剂、分散剂、碳化硅；溶剂为水；所述复合镀液的pH为7～14；(2)将基体放入复合电镀液中进行电镀；电镀所用的电流为直流、单脉冲电流、双脉冲电流或直流/脉冲叠加电流；并在电镀时进行机械、空气、喷流或超声搅拌。本发明所采用的基质合金镀层为铁族金属元素与钨的二元或多元合金是现有代铬镀层中硬度最高的合金镀层之一。

技术领域

本发明属于表面工程与表面处理技术领域，特别涉及一种铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层及其制备方法与应用。

背景技术

电镀铬工艺成本低、效率高，镀层光洁度好、耐磨耐蚀性强，广泛应用于航空航天、车辆舰船等装备关重件表面强化以及磨损、腐蚀后的修复，但电镀铬工艺严重污染环境，影响人体健康，已逐步被限制使用。目前，尚无成熟的绿色表面技术体系可替代电镀铬技术广泛应用于装备的修复与强化。针对上述问题，研发可替代电镀铬的高性能镀层制备技术及其适配材料体系，是装备保障领域亟需解决的重大问题之一。

代铬镀层是指外观、硬度、耐磨擦磨损性能、抗腐蚀能力等方面均接近于铬镀层的合金镀层，主要包括铁族(铁、钴、镍)合金，及铁族元素与磷、硼、钼、碳及钨等组成的二元或多元合金。目前，被广泛研究的代铬工艺主要有电镀Fe-W、Co-W、Co-Ni、Ni-W、Ni-B、Ni-P、Ni-Mo、Fe-Ni-W、Co-Ni-C和Co-Ni-B等合金。以上合金都具有较高的硬度、抗腐蚀能力及耐摩擦磨损性能，但仍不及铬镀层，仅在热处理后部分镀层的硬度才能达到铬镀层的水平。但热处理需在惰性气体保护下进行，因此，上述代铬镀层的制备周期长、工艺复杂、且成本较高，至今尚没有一种被广泛应用。复合电镀是通过电解法在基材上沉积结合力良好的金属与固体颗粒(包括：金刚石、碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等)的复合覆盖层方法，复合镀层的性能由镀层金属与夹杂其中的第二相共同决定，因此，具有比纯金属镀层更为优异的机械强度、抗摩擦磨损能力和耐蚀性能。此外，在镀层金属确定的前提下，第二相的组成、尺寸及含量便成为决定复合镀层性能的关键因素，从而能够实现对复合镀层性能的调控。M.K.Das等(Surface and Coatings Technology,2017,309:337-343.)采用复合镀技术制备的Ni-W/金刚石复合镀层在未经任何后处理的情况下即达到了铬镀层的硬度水平，突破了传统代铬合金镀层需要热处理的技术瓶颈。但是，该方法同样受限于金刚石高昂的成本，而难于普及。

综上所述，铁族元素(铁、钴、镍)和钨的二元或多元合金与低成本增强相颗粒组成的复合镀层有望成为高性能、实用性代铬镀层的最佳选择。碳化硅，作为增强相颗粒，虽然其成本较低，但其微米尺度下制备复合镀层的机械强度不及金刚石基复合镀层，因此需要选用纳米碳化硅，而由于纳米尺度的颗粒非常容易团聚，常规搅拌仅能抑制其沉降，而并不能抑制其团聚。所以，如何抑制纳米碳化硅颗粒在镀液中的团聚，是其与基质镀层结合需要克服的困难。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层。

本发明再一目的在于提供上述铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层在装备增材修复与再制造中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种铁族元素和钨的合金与碳化硅复合镀层的制备方法，包括以下步骤：