[发明专利]一种防腐纳米功能梯度镀层及其制备工艺

说明书

本发明属于合金电镀技术领域，具体公开了一种防腐纳米功能梯度镀层及其制备工艺。所述镀层基于梯度材料的设计思路，通过控制电镀工艺实现镀层中合金元素含量由表层向基体阶梯状变化，子层防腐能力由表层向基体逐渐提升，各阶梯对应一定厚度的子层。本发明的纳米功能梯度镀层的子层越靠近基体其防腐性能越强，有助于镀层腐蚀形态的改变，有助于将传统纵向“点蚀”腐蚀转化为表面的横向均匀腐蚀，以极大延长镀层整体失效时间，使得镀层具有更优异的防护性能，提高防腐能力。

技术领域

本发明涉及合金电镀技术领域，特别是涉及一种防腐纳米功能梯度镀层及其制备工艺。

背景技术

钢铁的腐蚀问题非常严峻，会对经济的稳定发展、人们的日常生活和环境带来了巨大危害。电镀作为加强钢铁耐腐蚀性能的一种方法，得到了广泛应用。目前钢铁件表面所使用的耐腐蚀镀层绝大多数为常规镀锌层和镀镉层，但锌的腐蚀速率过高，传统的电镀锌层已不能满足汽车、机械、航空、电子等工业对钢铁零部件高耐蚀性的要求；而镉致癌、有毒，且后处理困难，防护性镉镀层也逐渐被其他金属镀层取代。为此，寻找一种符合环保要求且耐腐蚀性能优良的新型镀层迫在眉睫。

随着材料科学与技术、现代加工技术的飞速发展，人们越来越热衷于利用现代研究方法与手段对传统材料的微观结构组织与成份进行改造，赋予传统材料以新的物理、化学和机械性能。一种称之为功能梯度材料(Functionally Gradient Materials，简称FGM)的新型材料，具体是指构成材料的要素(组成、结构)沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续变化，从而使材料和功能也呈梯度变化的一种新型材料，该材料所展现的优良性能已受到各国材料研究工作者的高度重视。

发明专利CN1766174A公开了一种耐磨镍磷功能梯度镀层的制备工艺，其设计的多层镍磷功能梯度镀层的子层厚度为微米级，能解决镍磷镀层的高温开裂问题，进而提高镀层的耐磨性。

发明专利CN103806039A公开了一种钢铁零部件表面镍含量渐变的锌镍合金镀层的直流电镀制备工艺，通过同时改变电流密度，镀液温度和搅拌速度等参数，制备从基体到表面镍含量连续增加的镀层，但制备过程中并未对电流密度进行波形控制，该镀层是渐变层而非功能梯度层，其机械保护的防腐机理和本发明中的功能梯度材料也有本质区别。

发明专利CN105839157A公开了一种用于防腐蚀的电镀纳米叠层涂层和包层，虽然用于防腐，且进行了纳米级尺度的多层结构设计，但其采用的是周期性变化的交变叠层工艺，易腐蚀层和耐腐蚀层交替变化。

但是，目前还未见有用于防腐的功能梯度镀层，尤其纳米级子层厚度的功能梯度镀层。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种防腐纳米功能梯度镀层及其制备工艺，所述镀层中的合金元素含量由表层到基体方向呈阶梯状变化，子层厚度为纳米至亚微米级，本发明通过镀层内部合理的成分多层梯度化设计，使制得的功能梯度合金镀层的子层越靠近基体的部分防腐性能越强，可以有效地延缓腐蚀溶液抵达基体的时间，从而提高镀层的防腐性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种防腐纳米功能梯度镀层，包括若干层厚度相同或不同的子层，若干层子层的合金元素含量由镀层表层到基体方向呈阶梯状变化。

进一步，所述纳米功能梯度镀层的总厚度为2～20μm，优选为2～12μm。

进一步，所述纳米功能梯度镀层的子层厚度为纳米至亚微米级，优选为50～1000nm。

进一步，所述若干层子层通过控制电镀过程中电流密度呈阶梯变化以产生。