[发明专利]Ni-纳米TiN/MoS2功能梯度镀层的复合层电沉积工艺

摘要

本发明涉及Ni‑纳米TiN/MoS2功能梯度镀层的复合层电沉积工艺，采用复合电沉积方法，在45#钢、40Cr样件表面制备组织致密、表面平整、厚度均匀的Ni‑纳米TiN/MoS2功能梯度镀层。借助计算机辅助设计和有限元分析对功能梯度镀层材料分布进行优化；通过合理利用外加物理场，改善电沉积过程、加快镍晶形核及纳米粒子的均匀分布，促进镍晶晶粒细化和提高纳米粒子共沉积量；获得Ni‑纳米TiN/MoS2功能梯度镀层。本发明具有工艺过程简单、加工效率及质量高，应用面较宽的技术特点。可满足零件在高速、高温、高载荷、腐蚀工况下的使用要求。为金属材料零件的高效、高质、高精表面强化与再制造提供技术支持。

主权项

1.Ni‑纳米TiN/MoS2功能梯度镀层的复合层电沉积工艺，其特征在于，该工艺步骤为：(1)镍基纳米金属陶瓷功能梯度层材料设计：借助计算机辅助设计和迭代运算，确定镍基纳米金属陶瓷功能梯度层的热力学边界条件，建立准确的计算模型，通过有限元分析对功能梯度层材料分布进行优化，使所制备的镍基纳米TiN/MoS2功能梯度层中，表层50或60μm厚度内，均布的纳米TiN粒子含量达到的质量分数为4～8％、纳米MoS2粒子含量达到的质量分数为2～4％；与基体相结合的底层在30μm厚度内，均布的纳米TiN粒子含量达到的质量分数为1～2％；在中间过渡层160～210μm范围内，纳米TiN、MoS2粒子含量沿厚度方向呈梯度变化且沿层向分布均匀；沉积层厚度达到250～300μm；(2)配置镀液：镀液A为氨基磺酸镍、氯化镍、硼酸为主的水溶液，各组分质量百分比如下：其中，镀液的pH值＝4.2，温度T＝42～45℃；用纳米MoS2粒子，平均粒径50nm，纯度＞99.99％，12～16g/L替代镀液A中的纳米TiN粒子，仍按照上述各组分质量百分比及配制条件配制镀液B，然后将配置好的镀液A、镀液B分别放在42～45℃水浴加热的超声清洗槽中进行机械搅拌，搅拌速率200rpm、时间为30min；(3)制备电极：电沉积过程中阴极为45#钢或40Cr材料零件，采用的阳极由纯度>99.99％的电解镍板制成，形状与阴极沉积面匹配，阳极与阴极面积比为≥1.5：1，两极间距50mm～60mm平行放置；(4)复合电沉积反应过程：45#钢或40Cr试片，尺寸为20mm×30mm，经过常规除油、机械抛光处理后放置于带有水浴加热、超声波发生器、强磁场发生器的镀槽内，电沉积电源采用高频脉冲电源，工艺条件为：超声功率为100W～400W连续可调、频率为28KHz，外加平行磁场强度2T，脉冲电源为矩形波脉冲、峰值电流密度20～60A/dm2连续可调、正向脉宽2～10ms连续可调、占空比20％～50％连续可调；采用镀液A进行电沉积30～60min后，用微流量泵将镀液B添加到镀液A中，在前述范围内逐步连续提高阴极电流密度和超声功率、降低脉冲占空比，电沉积30～60min；在维持较高峰值电流密度为50～60A/dm2，最大超声功率为400W，最小脉冲占空比20％状态下电沉积30min。