專利名稱：耐磨非晶態鐵鎳磷合金電沉積溶液及其工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬電鍍領域。
本發明涉及含鐵量較高的非晶態鐵鎳磷合金電沉積的溶液及工藝。
非晶態合金具有特殊的物理性能和化學性能以及優異的耐腐蝕性能和摩擦學性能。非晶態鎳磷合金鍍層是非晶合金覆層中常見的一種。它的特點是，達到一定合磷量其耐蝕性優異，晶化后減摩和耐磨性較好，但在非晶態下易產生較嚴重的粘著磨損。大多數情況下耐磨性不如鍍鉻層，而且鎳價格較高。
在已有的非晶鎳鐵磷合金電沉積技術中，其電沉積溶液的鐵含量少，與鎳的相對比例低，所獲得的非晶態鎳鐵磷合金電沉積層的鐵含量均很低。例如，高娟、沼田博雄等人關于“非晶鎳鐵磷合金電沉積”(表面技術Vol.40，No.3，1989)的研究，溶液中硫酸亞鐵含量為10g/L，其非晶合金鍍層中鐵含量僅為0.2%(Wt)，他們曾試圖提高鍍層中的含鐵量，但未能獲得非晶態合金鍍層。Vitkova.S等人在7th.Galvanotech。Symp.(1985，381-6)上發表的“鎳-鐵-磷非晶態合金電沉積”研究中，摘要報導了溶液成份和工藝條件，特別描述了溶液中次亞磷酸鈉含量，電流密度和鍍層的磷含量，未提及該非晶態合金的鐵含量，但根據其溶液中硫酸亞鐵含量(10g/l)及與硫酸鎳的比例分析，其非晶合金的鐵含量是非常低的。現有非晶態鎳鐵磷合金電沉積層中鐵含量低主要是因為未解決增加鍍液中鐵含量而引起的Fe3+問題，因此溶液不穩定，Fe3+多導致鍍層脆、易脫皮，并有黑色條紋;其次是因為合金鍍層中鐵含量增大，而磷含量則伴隨著下降，不能形成非晶態，由于未解決磷對鐵析出的抑制，因此未能實現同時提高非晶態合金鍍層中磷和鐵含量的問題。而提高鍍層中鐵含量是提高合金層耐磨性的關鍵。
本發明的目的是開發一種高鐵、高磷的耐磨非晶態鐵鎳磷合金電沉積層，其非晶態和晶化后的減摩性能、耐磨性能、硬度和熱穩定性均分別相應優于非晶態和晶化后的鎳磷合金鍍層。
本發明耐磨非晶態鐵鎳磷合金電沉積的特征是該電沉積溶液由以下組份組成NiSO4.6H2O 50-200g/lNiCl2.6H2O 0-100g/lFeSO4.7H2O 50-150g/lNaH2PO2.H2O 1-10g/lH3PO410-40g/l糖精 2-4g/l主絡合劑 10-80g/l輔助絡合劑 0.1-2g/l其中所說的主絡合劑為下列通式的具有鄰位結構的羥基酸類及其鹽
式中R1-H，OHR2-H，COOZR3-H，CH2-COO2，CHOH-CHOH-CH2OH
Z-H，Na，K輔助絡合劑為苯酚類。
本發明耐磨非晶態鐵鎳磷合金電沉積的另一特征是在本發明上述成份的電沉積溶液中獲得本發明非晶態合金層的電鍍工藝規范是槽液溫度 60-75℃PH 0.8-1.5電流密度 5-20A/dm2無攪拌本發明電沉積溶液中鐵含量高，與鎳的比例也高，其組份和配比合理，并添加了有協同效應的主、輔兩種絡合劑，電流密度范圍寬。按本發明可獲得含鐵量高達40%，含磷量高達17%的非晶態鐵鎳磷合金沉積層。按本發明，所得合金鍍層中的鐵含量在在≤40%范圍，磷含量在≤17%范圍內均可控，即合金鍍層中鐵、磷含量兩參數可控，從而可獲得所需要的不同鐵、磷含量比的非晶鐵鎳磷合金沉積層。
環塊磨損試驗表明，與Ni-P鍍層相比，本發明非晶態合金層耐磨性提高了2倍，摩擦系數低20%;400℃晶化后耐磨性高35%，摩擦系數低18%，抗擦傷性高117%。
固定磨料磨損(Taber)試驗表明，與Ni-P鍍層相比，非晶態下耐磨性提高了60%，400%晶化1小時(400℃/th)，600℃/lh和400℃/4h晶化后相應提高了1.5，2.8，1.2倍;同時分別比鍍鉻層的耐磨性高84%，82%和131%。
本發明的優點是1、本發明電沉積溶液成份穩定，工藝范圍寬，所得非晶合金鍍層鐵含量可達40%，磷含量可達17%。表面光亮無裂紋。
2、本發明鐵鎳磷合金鍍層的顯微硬度高于鎳磷合金。
3、本發明鐵鎳磷合金鍍層的摩擦學性能優于鎳磷合金鍍層。
4、含磷量相同時，非晶態鐵鎳磷合金鍍層的晶化溫度高于非晶態鎳磷合金鍍層，即前者的熱穩定性優于后者。
圖1是本發明之鐵鎳磷非晶合金的X射線衍射曲線。
曲線1 含鐵25.0±2.0Wt%，含磷15Wt%曲線2 含鐵25.0±2.0Wt%，含磷12.8Wt%曲線3 含鐵25±2.0Wt%，含磷10.2Wt%曲線4 含鐵25±2.0Wt%，含磷7.0Wt%實施例1槽液成份 含量(g/l)NiSO4，6H2O 70NiCl2，6H2O 100FeSO4，7H2O 80NaH2PO2，H2O 5H3PO430糖精 2灑石酸 20磷苯二酚 0.5PHI.4溫度70℃Dk 10A/dm2
無攪拌所得合金鍍層含Ni75.5Wt%，Fe11.7Wt%，P12.8wt%，鍍層表面光亮、X射線衍射測定為非晶態。
實施例2槽液成份 含量(g/l)NiSO4.6H2O 80Nicl2.6H2O 30FeSO4.7H2O 140NaH2PO2.H2O 3.5H3PO425糖精 4酒石酸 30檸檬酸 20鄰苯二酚 1.5PH1.2 T65℃ DK20A/dm2無攪拌所得鍍層光亮含Ni48.3Wt%，Fe41.4Wt%，P10.3Wt%為非晶態。
實施例3槽液成份 含量(g/t)NiSO4.6H2O 130FeSO4.7H2O 120NaH2PO2.H2O 4H3PO420
酒石酸 30鄰苯二酚 1.0糖精 4PH1.3 T75℃ DK13A/dm2無攪拌所得鍍層光亮，非晶態，含Ni66.0Wt%，Fe23.Wt%，P10.2Wt%。
權利要求
1.一種耐磨非晶態鐵鎳磷合金電沉積，其特征是該電沉積溶液由以下組份組成NiSO4·6H2O 50-200g/lNicl2·6H2O 0-100g/lFeSO4·7H2O 50-150g/lNaH2PO2·H2O 1-10g/lH3PO410-40g/l糖 精2-4g/l主絡合劑 10-80g/l輔助絡合劑0.1-2g/l其中所說的主絡含劑為下列通式的具有鄰位結構的羥基酸類及其鹽
式中R1-H，OHR2-H，COOZR3-H，CH2-COOZ，CHOH-CHOH-CH2OHZ-H，Na，K輔助絡合劑為苯酚類；在上述電沉積溶液中，獲得非晶態鐵鎳磷合金沉積層的工藝規范是槽液溫度60-75℃，PH0.8-1.5，電流密度5-20A/dm2，無攪拌。
全文摘要
本發明是一種制備高鐵、高磷耐磨的非晶鐵鎳磷合金層的電鍍溶液和工藝。電鍍溶液穩定，電流密度范圍寬，所得非晶合金鍍層含鐵量可達40％，含磷量可達17％，鍍層表面光亮無裂紋，熱穩定性高于鎳磷非晶合金鍍層。其非晶態和晶化后的顯微硬度、減摩性、耐磨性和抗擦傷性均分別優于非晶態和晶化后的鎳磷合金鍍層。
文檔編號C25D3/56GK1051060SQ9010915
公開日1991年5月1日 申請日期1990年11月10日 優先權日1990年11月10日
發明者高誠輝, 雷天覺, 趙源, 張緒壽 申請人:機械電子工業部武漢材料保護研究所, 中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑開放實驗室