CN107858723A - 一种熔盐镀Ni‑Yb合金层改性金属镍表面的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属镍表面改性技术,具体是一种熔盐镀Ni‑Yb合金层改性金属镍表面的方法。本发明包括以下步骤:(1)配比原材料,(2)无水CaF2‑LiF基础电解质净化,(3)熔盐电镀,(4)表面处理。采用熔盐电化学方法直接由氧化物原料(Yb2O3、NiO)在镍金属表面沉积Ni‑Yb合金镀层,能很好地解决产量、能耗及成本问题,且环境友好。通过控制电镀工艺参在镍金属表面形成0.5~2mm的Ni‑Yb合金镀层,从而显著提高其表面机械、电、磁等综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属镍表面改性技术,具体是一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法。
背景技术
Yb是资源相对充足的重稀土元素(地壳丰度3.3ppm),其应用领域却多局限于其光学特性。近年,许多研究已表明Yb在有色金属合金结构及功能材料领域的应用前景非常广阔,特别需要指出的是,在镍及其合金中添加Yb等重稀土元素能显著提高合金的电、磁或机械性能,具有独特的改性和强韧化效果,能够对镍合金的磁性能产生特殊作用。当然,在许多领域,需要镍金属的表面性能非常优越,因此,能够在镍金属表面形成一定厚度Ni-Yb合金镀层,将会使镍金属表面的电、磁、机械、抗腐蚀性能显著提高。由于金属Yb主要是通过金属La真空还原Yb2O3获得,这种工艺产能低、设备繁杂、作业不连续,能耗大且生产成本高,制约了其发展。因此,通过纯金属Yb真空蒸镀在镍金属表面形成Ni-Yb合金镀层的成本会进一步提高。
发明内容
本发明目的是提供一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法,它降能耗、成本低且环境友好,是在熔盐体系内通过电还原方式Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法。
本发明的技术方案:一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法,包括以下步骤:
(1)配比原材料:
以无水CaF2、LiF为基础电解质,Yb2O3、NiO为Ni-Yb合金镀层的供体原料;
配比要求:
无水CaF2、LiF混合物为体系支持电解质,占熔盐镀体系物质质量百分含量为95~97%,其余为Yb2O3和NiO,且CaF2:LiF摩尔比=1:1,Yb2O3:NiO摩尔比=1:4;
(2)无水CaF2-LiF基础电解质净化:
将步骤(1)中的无水CaF2、LiF充分混合,在温度850℃~900℃氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,在电压0.6~1.2V、电流密度0.2~0.6A/cm2条件下进行预电解,时间为0.5~1h;随后,通入2~6倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,并在真空度100~500Pa、温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣;
(3)熔盐电镀:
对步骤(2)净化的CaF2-LiF基础电解质熔体通氩气保护,在温度900~950℃、电压3.5~3.9V、电流密度0.7~0.9A/cm2条件下,电镀2.5~3.5h后取出阴极在氩气中冷却至室温,阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨;
(4)表面处理:
将步骤(3)熔盐电镀后的镍阴极表面去除颗粒和毛刺,并用0.1mol/L的磷酸清洗,再用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h即可。
主要控制条件及依据:
1、CaF2-LiF基础介质净化保证消除体系内其它杂质对镀层的影响,主要依靠预电解反应形成杂质产物并通过氮气搅拌、吸附、上浮,主要控制条件为:温度850℃~900℃,钨质阴极,玻璃碳阳极,电压0.6~1.2V,电流密度0.2~0.6A/cm2,电解时间0.5~1h。
2、保证良好的Ni-Yb合金层需严格控制熔盐镀条件:温度900~950℃、电压3.5~3.9V、电流密度0.7~0.9A/cm2、阴极金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间2.5~3.5h。
采用熔盐电化学方法直接由氧化物原料(Yb2O3、NiO)在镍金属表面沉积Ni-Yb合金镀层,能很好地解决产量、能耗及成本问题,且环境友好。通过控制电镀工艺参在镍金属表面形成0.5~2mm的Ni-Yb合金镀层,从而显著提高其表面机械、电、磁等综合性能。
具体实施方式
实施例1:将CaF2、LiF(摩尔比CaF2:LiF=1:1)充分混合,在温度850℃,氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,电压0.6V、电流密度0.2A/cm2条件下预电解0.5h;随后,通入2倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度500Pa,温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣。在净化的CaF2-LiF基础介质(摩尔比CaF2:LiF=1:1,质量百分含量为97%)熔体中,加入Yb2O3-NiO混合粉体(Yb2O3:NiO=1:4,摩尔比),通氩气保护,温度900℃、电压3.5V、电流密度0.7A/cm2、阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间2.5h后提出阴极在氩气中冷却至室温(25℃)。电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺处理后,经0.1mol/L的磷酸清洗,随后用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h,经检测,可以在镍金属表面形成0.52mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
实施例2:将CaF2、LiF(摩尔比CaF2:LiF=1:1)充分混合,在温度870℃,氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,电压0.9V、电流密度0.3A/cm2条件下预电解0.7h;随后,通入3倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度400Pa,温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣。在净化的CaF2-LiF基础介质(摩尔比CaF2:LiF=1:1,质量百分含量为96%)熔体中,加入Yb2O3-NiO混合粉体(Yb2O3:NiO=1:4,摩尔比),通氩气保护,温度920℃、电压3.7V、电流密度0.8A/cm2、阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间3h后提出阴极在氩气中冷却至室温。电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺处理后,经0.1mol/L的磷酸清洗,随后用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h,经检测,可以在镍金属表面形成1.09mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
实施例3:将CaF2、LiF(摩尔比CaF2:LiF=1:1)充分混合,在温度880℃,氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,电压1.0V、电流密度0.4A/cm2条件下预电解0.8h;随后,通入4倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度300Pa,温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣。在净化的CaF2-LiF基础介质(摩尔比CaF2:LiF=1:1,质量百分含量为96%)熔体中,加入Yb2O3-NiO混合粉体(Yb2O3:NiO=1:4,摩尔比),通氩气保护,温度940℃、电压3.8V、电流密度0.8A/cm2、阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间3.0h后提出阴极在氩气中冷却至室温。电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺处理后,经0.1mol/L的磷酸清洗,随后用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h,经检测,可以在镍金属表面形成1.56mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
实施例4:将CaF2、LiF(摩尔比CaF2:LiF=1:1)充分混合,在温度890℃,氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,电压1.1V、电流密度0.5A/cm2条件下预电解1h;随后,通入5倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度200Pa,温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣。在净化的CaF2-LiF基础介质(摩尔比CaF2:LiF=1:1,质量百分含量为96%)熔体中,加入Yb2O3-NiO混合粉体(Yb2O3:NiO=1:4,摩尔比),通氩气保护,温度950℃、电压3.8V、电流密度0.8A/cm2、阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间3.2h后提出阴极在氩气中冷却至室温。电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺处理后,经0.1mol/L的磷酸清洗,随后用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h,经检测,可以在镍金属表面形成1.87mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
实施例5:将CaF2、LiF(摩尔比CaF2:LiF=1:1)充分混合,在温度900℃,氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,电压1.2V、电流密度0.6A/cm2条件下预电解1h;随后,通入6倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度100Pa,温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣。在净化的CaF2-LiF基础介质(摩尔比CaF2:LiF=1:1,质量百分含量为95%)熔体中,加入Yb2O3-NiO混合粉体(Yb2O3:NiO=1:4,摩尔比),通氩气保护,温度950℃、电压3.9V、电流密度0.9A/cm2、阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨,电镀时间3.5h后提出阴极在氩气中冷却至室温。电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺处理后,经0.1mol/L的磷酸清洗,随后用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h,经检测,可以在镍金属表面形成2.0mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
Claims (2)
1.一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法,其特征是,包括以下步骤:
(1)配比原材料:
以无水CaF2、LiF为基础电解质,Yb2O3、NiO为Ni-Yb合金镀层的供体原料;
配比要求:
无水CaF2、LiF混合物为体系支持电解质,占熔盐镀体系物质质量百分含量为95~97%,其余为Yb2O3和NiO,且CaF2:LiF摩尔比=1:1,Yb2O3:NiO摩尔比=1:4;
(2)无水CaF2-LiF基础电解质净化:
将步骤(1)中的无水CaF2、LiF充分混合,在温度850℃~900℃氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,在电压0.6~1.2V、电流密度0.2~0.6A/cm2条件下进行预电解,时间为0.5~1h;随后,通入2~6倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,并在真空度100~500Pa、温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣;
(3)熔盐电镀:
对步骤(2)净化的CaF2-LiF基础电解质熔体通氩气保护,在温度900~950℃、电压3.5~3.9V、电流密度0.7~0.9A/cm2条件下,电镀2.5~3.5h后取出阴极在氩气中冷却至室温,阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨;
(4)表面处理:
将步骤(3)熔盐电镀后的镍阴极表面去除颗粒和毛刺,并用0.1mol/L的磷酸清洗,再用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h即可。
2.根据权利要求1所述的一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法,具体实施为:将摩尔比为1:1的CaF2、LiF充分混合,在温度900℃、氮气保护条件下融化,以钨质电极为阴极,玻璃碳电极为阳极,在电压1.2V、电流密度0.6A/cm2条件下预电解1h;随后,通入6倍熔盐体积的高纯氮气搅拌熔体,随后在真空度100Pa、温度800℃下保温1h,除去熔体表面浮渣;在净化的质量百分含量为95%、摩尔比为1:1的CaF2-LiF基础介质熔体中,加入质量百分含量为5%、摩尔比为1:4的Yb2O3-NiO混合粉体,通氩气保护,在温度950℃、电压3.9V、电流密度0.9A/cm2条件下,电镀3.5h后取出阴极并在氩气中冷却至室温,阴极为金属镍基体,阳极为高纯石墨;电镀后的镍阴极表面经去除颗粒和毛刺后,经0.1mol/L的磷酸清洗,再用蒸馏水清洗后经90℃烘干2h;经检测,可以在镍金属表面形成2.0mm的Ni-Yb合金镀层,显著提高其表面综合性能。
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