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

一种熔盐镀Ni-Yb合金层改性金属镍表面的方法
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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