镍 碳化钨纳米复合镀层性能

采用电镀的方法制备出Ni-WC纳米复合镀层，镀液组成为：NiSO4·7H2O250g/L，NiCl2·6H2O30g/L，H3BO330g/L，光亮剂0.1g/L，纳米WC颗粒5~30g/L，表面活性剂及分散剂适量。研究了温度、电流密度及pH对复合镀层外观的影响，得到最佳电镀工艺条件为：温度50~55°C，电流密度2~4A/dm2，pH4.5~5.0。在最佳工艺条件下制得的复合镀层，其显微硬度明显高于纯镍镀层和不锈钢，耐磨蚀性也优于不锈钢和纯镍镀层，耐腐蚀性优于不锈钢而劣于纯镍镀层。

2·实验

    2.1 材料及设备

    以30mm×20mm×5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢板作阴极，电解镍板为阳极，阴、阳极面积比为1∶2，纳米WC颗粒经120h球磨制得，平均粒径为80nm。复合电镀装置如图1所示。

    2.2 配方与工艺

    2.2.1 配方

    普通镀镍液的配方为：NiSO4·7H2O250g/L，NiCl2·6H2O30g/L，H3BO330g/L，光亮剂0.1g/L。往普通镍镀液中加入纳米WC粉末5~30g/L及适量的表面活性剂和分散剂，即得Ni-WC复合镀液。

    2.2.2 工艺

    阴极预处理流程：砂轮磨平─砂纸打磨─有机溶剂脱脂─水洗─热碱洗─水洗─弱酸腐蚀─水洗。阳极预处理流程：砂轮与粗砂纸打磨─化学除油─热水冲洗─冷水冲洗─酸洗─冷水冲洗。

    复合电镀前将复合镀液置于TES-1002型超声设备(时代超声集团)中于28kHz下超声分散1h，电沉积过程搅速为150~180r/min，施镀时间均为4h。

    2.3 性能测试

    (1)硬度：镀层硬度采用HV-5型小负荷维氏硬度计(济南新时代试金仪器有限公司)测试，载荷5kg，加载时间为10s，取5个点的平均值为镀层的硬度。

    (2)组织结构：采用LEICADFC280型金相显微镜(深圳海量精密仪器设备有限公司)观察镀层的表面组织结构。

    (3)耐腐蚀性：采用失重法，在质量浓度为20g/L的H2SO4溶液中浸泡48h，腐蚀面积均为 17.0cm2(30mm×20mm×5mm六面体的六个面)。用AL204-IC电子天平(郑州博科仪器设备有限公司)测定试样腐蚀前、后的质量，按式 (1)计算腐蚀速率[6]。

    (4)耐磨蚀性：将磨蚀尺寸均为30mm×20mm的不锈钢、纯镍镀层、Ni-WC纳米复合镀层试样同时置于模拟水力机械设备工作条件的水悬浮液中，电动搅拌棒带动水悬浮液流动，转速为240r/min。其中，水悬浮液由2kg砂和5kg水组成。用电子天平测定试样磨蚀前、后的质量，按式(1)计算磨蚀速率。

    式中，v为腐蚀(磨蚀)速率[g/(m2·h)]，m1、m2分别为腐蚀(磨蚀)前、后的质量(g)，A为腐蚀(磨蚀)面积(m2)，t为腐蚀(磨蚀)时间(h)。

结论：

(1)采用复合电镀的方法成功制备了Ni-WC纳米复合镀层，最佳电镀工艺条件为：温度50~55°C，电流密度2~4A/dm2，pH4.5~5.0。

    (2)Ni-WC纳米复合镀层的显微硬度(998HV)远远高于不锈钢(223HV)和纯镍镀层(570HV)，Ni-WC纳米复合镀层的耐磨蚀性优于不锈钢和纯镍镀层，但复合镀层的耐腐蚀性优于不锈钢而劣于纯镍镀层。改善复合镀层的耐腐蚀和耐磨蚀性，关键在于解决电镀过程中纳米 WC颗粒的团聚问题。