CN103276419A - 一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，涉及一种高温防护涂层的制备方法，在水基体系内通过脉冲电流，利用物理吸附及化学吸附把电中性的镍包铝粉复合镀到阴极的普通碳钢A3表面。在脉冲电镀镀液中，除主盐外，加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，以保证脉冲电镀的顺利进行。配制镀液时，在镀液中加入表面活性剂，将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。本发明以普通碳钢（A3）为基体，将复合电镀方法与热反应扩散技术相结合，制备镍铝高温防护涂层。因为选用的基材是最常用的普通碳钢，因此，镍铝高温防护涂层的制备与应用具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种高温防护涂层的制备方法，特别是涉及一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法。
背景技术
当今国内外制备的高温防护涂层分为以渗Al为主的扩散型涂层和以各种喷涂（如：热喷涂、等离子喷涂、离子镀和离子溅射等）及物理、化学气相沉积等手段为主的包覆型涂层两种，此外还有表面结构改性涂层、陶瓷涂层、复合涂层及智能涂层等。扩散型涂层的制备以其工艺简单，成本低廉见长，适于民品生产，但其存在不可回避的工艺缺陷：渗Al本身就是对基体材料的破坏，因此这种基体常选用的是含大量Co或Ni的抗渗合金材料，而其它非抗渗材料虽然可短时间渗Al，但不能在高温条件下长期使用；另外，渗Al工艺也会对环境产生严重污染。
相对扩散型涂层而言，以各种喷涂手段为主的包覆型涂层的制备具有对基体材料要求不高，对基体破坏很小，涂层组分可调的优点，且制得的涂层能长期使用，但其工艺缺陷也很明显：难以成型大尺寸或形状不规则工件；需要昂贵的设备投入，工艺成本很高。因此，研究成本低廉，性能优良，适用范围广的包覆型高温防护涂层是当前国内外材料研究领域的一项重要工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法。本发明以普通碳钢（A3）为基体，将复合电镀方法与热反应扩散技术相结合，制备镍铝高温防护涂层。因为选用的基材是最常用的普通碳钢，因此，镍铝高温防护涂层的制备与应用具有重要的意义。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a.配制脉冲电镀镀液，除主盐外，加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，保证脉冲电镀的顺利进行；
b.以被镀工件作为电极，通以脉冲电流，使金属离子在电极上以脉冲方式沉积，形成金属层；
c.将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。
所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，所述镀液包含：硫酸镍，硼酸，表面活性剂，硫酸镁和氯化钠；加入无先后顺序，加入的方式不限。
所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，所述硫酸镍100～133 g/L，硼酸30～40 g/L，表面活性剂0.5～0.8 g/L，硫酸镁9.8～14.7 g/L；氯化钠 10～20 g/L，搅拌速度300～500 r/min。
所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，所述脉冲波形为矩形波，频率800 Hz, 占空比 2：1，平均电流密度3 A/dm2。
所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，所述镀液中镍包铝粉25～40 g/L，镀液pH值为4.0～5.7，镀液水浴温度为45℃，,反应时间2-6小时。
本发明的优点与效果是：
用脉冲镀镍可获得结晶细致的镍层，能使镍层的空隙率与内应力降低，硬度增高、杂质含量减少，并可采用更高的电流密度，提高镀覆密度，提高镀覆速度。造成镀层致密的原因是脉冲电流中im为平均电流，其峰值电流密度ip达到8A/dm2，高电流密度加快了镍的沉积速度，提高了镍包裹吸附在镀层上的镍包铝粉的能力；另一方面，脉冲电流条件下有效地消除了阴极极化，尽管也出现析氢现象，但是析氢量比直流电镀大大减少，这样就降低了氢气析出过程中排挤吸附在阴极表面或未完全被镍包裹的镍包铝粉颗粒，所以相对直流电镀来说，显著提高了镀层中镍包铝粉的含量。同时由于是脉冲电流，晶粒的形成与成长均匀性致密性也要明显好于直流电镀。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明是以被镀工件作为电极，通以一定波形的脉冲电流，使金属离子在电极上以脉冲方式沉积，形成金属层的技术。在水基体系内通过脉冲电流，利用物理吸附及化学吸附把电中性的镍包铝粉复合镀到阴极的普通碳钢A3表面。在脉冲电镀镀液中，除主盐外，需加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，以保证脉冲电镀的顺利进行。
配制镀液时，在镀液中加入表面活性剂，将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。
脉冲电镀电沉积是以被镀工件作为电极，通以一定波形的脉冲电流，使金属离子在电极上以脉冲方式沉积，形成金属层的技术。同直流电沉积相比，双电层的厚度和离子浓度分布均有改变；在增加了电化学极化的同时，降低了浓差极化，产生的直接作用是脉冲电沉积获得的镀层比直流电沉积镀层更均匀、结晶细密、结合牢固。
制备步骤：配制脉冲电镀镀液，除主盐外，加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，保证脉冲电镀的顺利进行；以被镀工件作为电极，通以脉冲电流，使金属离子在电极上以脉冲方式沉积，形成金属层；将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。镀液包含：硫酸镍，硼酸，表面活性剂，硫酸镁和氯化钠；加入无先后顺序，加入的方式不限。硫酸镍100～133 g/L，硼酸30～40 g/L，表面活性剂0.5～0.8 g/L，硫酸镁9.8～14.7 g/L；氯化钠 10～20 g/L，搅拌速度300～500 r/min。脉冲波形为矩形波，频率800 Hz, 占空比 2：1，平均电流密度3 A/dm2。镀液中镍包铝粉25～40 g/L，镀液pH值为4.0～5.7，镀液水浴温度为45℃，,反应时间2-6小时。
发明采用的是复合脉冲电镀法，在水基体系内通过脉冲电流，利用物理吸附及化学吸附把电中性的镍包铝粉复合镀到阴极的普通碳钢A3表面。在脉冲电镀镀液中，除主盐外，需加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，以保证脉冲电镀的顺利进行。根据要求，确定镀液配方和试验工艺条件。配制镀液时，在镀液中加入表面活性剂，将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。脉冲电镀的原理与上述直流电镀相似，但采用的电流是一定波形的低压脉冲。脉冲电镀所用电流的波形有方波、正弦半波、锯齿波以及他们与直流的叠加等多种形式。以下以方波为例：
主要参数是：脉冲周期T、脉冲频率f和占空比r与脉冲导通时间ton、脉冲间歇时间toff有如下关系：
Ton、toff、ip称为方波脉冲的三个基本参数，三者不同搭配，构成不同的脉冲条件。脉冲波的幅度大、频度高，脉冲宽度与脉冲间隔的比值一般小于1，因此脉冲电镀所允许的峰值电流密度比直流电镀要大，脉冲持续时间和脉冲间隔时间一般以毫秒（ms）甚至微秒（us）计算，所以脉冲电镀可以克服周期换向电镀中反向时间太长的缺点，几乎适用于所有的镀种。
脉冲电流波形的特点是，在接通瞬间，给电极以较直流高得多的电流密度，提高电极的电化学极化，产生细致镀层；断开后，使电流迅速回复至原状，消除浓差极化，且使吸附在阴极上的杂质、氢气等脱附，有利于提高镀层的纯度，总之脉冲电镀有以下几方面效能：可以得到致密镀层；可以降低浓差极化，提高阴极电流密度；减小或消除氢脆，改善镀层的物理、机械性能；减少空隙，提高镀层的防护性能。
Claims (5)
1.一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a.配制脉冲电镀镀液，除主盐外，加入络合剂、稳定剂、导电剂及其它试剂，保证脉冲电镀的顺利进行；
b.以被镀工件作为电极，通以脉冲电流，使金属离子在电极上以脉冲方式沉积，形成金属层；
c.将镍包铝粉加入配好的镀液中，搅拌分散15min后，再加标准液到250mL，继续分散5min，然后加热到所需温度，并保持恒温。
2.根据权利要求1所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，其特征在于，所述镀液包含：硫酸镍，硼酸，表面活性剂，硫酸镁和氯化钠；加入无先后顺序，加入的方式不限。
3.根据权利要求1所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，其特征在于，所述硫酸镍100～133 g/L，硼酸30～40 g/L，表面活性剂0.5～0.8 g/L，硫酸镁9.8～14.7 g/L；氯化钠 10～20 g/L，搅拌速度300～500 r/min。
4.根据权利要求1所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，其特征在于，所述脉冲波形为矩形波，频率800 Hz, 占空比 2：1，平均电流密度3 A/dm2。
5.根据权利要求1所述的一种复合脉冲高温防护涂层的制备方法，其特征在于，所述镀液中镍包铝粉25～40 g/L，镀液pH值为4.0～5.7，镀液水浴温度为45℃，,反应时间2-6小时。
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