C25D15/00 C25D5/48 B05D7/24 B05D7/14
1.一种在45钢表面制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的电化学方法。其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)45钢基底前处理:工件机械打磨抛光→电净除油→弱活化→强活化;
(2)Ni-P-Al2O3镀液的配置:主盐是硫酸镍(NiSO4·6H2O),为电沉积过程提供镍离子;氯化镍(NiCl2·6H2O)可防止阳极钝化;亚磷酸(H3PO3)充当还原剂的同时,提供了电沉积所需要的磷源;硼酸(H3BO3)为PH缓冲剂,维持镀液PH值的稳定性;柠檬酸(Citric acid)为络合剂,保证电沉积反应过程的平稳进行;硫脲(Thiourea)为稳定剂,可以保证镀液的稳定性;十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂,提高纳米Al2O3颗粒在镀液中的悬浮量;
(3)电化学沉积制备Ni-P-Al2O3纳米复合镀层:阴极为步骤(1)处理后的45钢基底,阳极为镍板,直流电源为电沉积加工过程提供电能,镀液通过机械搅拌均匀且设置搅拌速度,控制镀液温度和电流密度,电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层;
(4)镀层电化学阳极溶解及清洗:阴极为304不锈钢,阳极为Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,常温下通过阳极溶解法使镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干;
(5)镀层低表面能处理:将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
在本发明本一个较佳实施案例中,步骤(1)的工件45钢基底尺寸为7mm×8mm×30mm,利用金相试样抛磨机对基底进行机械打磨抛光。在室温下,电净除油是碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s;电净液配方:NaOH 25.0g/L,NaCO321.7g/L,Na3PO450.0g/L,NaCl 2.4g/L,PH=13。弱活化是工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;活化液配方:盐酸25g/L,NaCl 140.1g/L,PH=0.3。强活化是工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s;活化液配方:Na3C6H5O7·2H2O141.2g/L,柠檬酸94.3g/L,NiCl2·6H2O 3.0g/L,PH=4。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(2)中Ni-P-Al2O3镀液配置的具体步骤为:将硫酸镍(NiSO4·6H2O)、氯化镍(NiCl2·6H2O)、亚磷酸(H3PO3)、硼酸(H3BO3)、柠檬酸(Citricacid)、硫脲(Thiourea)及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在烧杯中充分搅拌溶解后得到Ni-P合金镀液;将Al2O3纳米颗粒放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,静置待用。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(3)中采用电化学沉积法制备Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,镀液温度为50~70℃,电流密度为4~6A/dm2,机械搅拌速度为250~350r/min,电沉积加工时间为90~120min。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(4)中镀层电化学阳极溶解在0.1mol/L的NaCl溶液中进行,常温下电化学溶解时间为3~5min,设置电源恒定电流0.5~1.5A,电压为10~12V;阴极304不锈钢的尺寸为30mm×30mm×1mm;清洗时先将去离子水倒入干净烧杯中,用镊子夹着溶解后的镀层慢慢放入烧杯中,最后再超声清洗5min。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(5)中镀层进行低表面能处理时,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,氟化处理时间为60~90min。
本发明属于金属表面处理及改性技术领域,具体涉及一种在45钢表面制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的电化学方法。
Ni-P-Al2O3纳米复合镀层不仅具有较高的硬度,还具有优异的耐磨、耐腐蚀、耐药品性等特性,常被用于提高机械零件的使用寿命和可靠性,改善机械设备的性能和质量,因此在农业装备、化学工业、电子工业、精密机械、航空航天工业、矿山工业和冷车工业等多种领域得到了广泛的应用。超疏水表面是指水滴在其上接触角大于150°,滚动角小于10°,因其具有抗腐蚀、抗结冰、自清洁、油水分离、液体转移、定向运输等特殊功能,在基础研究和工业应用领域已经引起了高度关注。
目前,极端润湿性表面的制备方法包括激光刻蚀法、金属辅助性刻蚀法、高温热氧化法、涂层法及电纺法等。这些方法当中,实现的思路主要在两方面:(1)使原本疏水性的表面具有适当的粗糙结构;(2)在已具有粗糙结构的表面修饰低表面能物质,如氟硅烷等。这些方法工艺过程相对复杂,设备昂贵,难以大面积制备,成本高且大多破坏了原金属表面,不利于工业化生产及实际应用的需要。
本发明的目的是针对现有技术中存在的一些不足,提供一种简单、高效、安全、易于控制,反应条件温和,成本低,在不破坏原金属表面的同时可以实现大面积制备的电化学方法。本发明制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面的方法,是先利用电化学沉积法在45钢基底表面制备Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,镀层经电化学阳极溶解再用氟硅烷修饰后具有超疏水性,接触角可达150°以上。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种在45钢表面制备超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的电化学方法。其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)45钢基底前处理:工件机械打磨抛光→电净除油→弱活化→强活化;
(2)Ni-P-Al2O3镀液的配置:主盐是硫酸镍(NiSO4·6H2O),为电沉积过程提供镍离子;氯化镍(NiCl2·6H2O)可防止阳极钝化;亚磷酸(H3PO3)充当还原剂的同时,提供了电沉积所需要的磷源;硼酸(H3BO3)为PH缓冲剂,维持镀液PH值的稳定性;柠檬酸(Citric Acid)为络合剂,保证电沉积反应过程的平稳进行;硫脲(Thiourea)为稳定剂,可以保证镀液的稳定性;十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂,提高纳米Al2O3颗粒在镀液中的悬浮量;
(3)电化学沉积制备Ni-P-Al2O3纳米复合镀层:阴极为步骤(1)处理后的45钢基底,阳极为镍板,直流电源为电沉积加工过程提供电能,镀液通过机械搅拌均匀且设置搅拌速度,控制镀液温度和电流密度,电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层;
(4)镀层电化学阳极溶解及清洗:阴极为304不锈钢,阳极为Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,常温下通过阳极溶解法使镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干;
(5)镀层低表面能处理:将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
在本发明一个较佳实施案例中,步骤(1)的工件45钢基底尺寸为7mm×8mm×30mm,利用金相试样抛磨机对基底进行机械打磨抛光。在室温下,电净除油是碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s;电净液配方:NaOH 25.0g/L,NaCO3 21.7g/L,Na3PO4 50.0g/L,NaCl 2.4g/L,PH=13。弱活化是工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;活化液配方:盐酸25g/L,NaCl 140.1g/L,PH=0.3。强活化是工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s;活化液配方:Na3C6H5O7·2H2O141.2g/L,柠檬酸94.3g/L,NiCl2·6H2O 3.0g/L,PH=4。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(2)中Ni-P-Al2O3镀液配置的具体步骤为:将硫酸镍(NiSO4·6H2O)、氯化镍(NiCl2·6H2O)、亚磷酸(H3PO3)、硼酸(H3BO3)、柠檬酸(Citric acid)、硫脲(Thiourea)及十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在烧杯中充分搅拌溶解后得到Ni-P合金镀液;将Al2O3纳米颗粒放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,静置待用。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(3)中采用电化学沉积法制备Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,镀液温度为50~70℃,电流密度为4~6A/dm2,机械搅拌速度为250~350r/min,电沉积加工时间为90~120min。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(4)中镀层电化学阳极溶解在0.1mol/L的NaCl溶液中进行,常温下电化学溶解时间为3~5min,设置电源恒定电流0.5~1.5A,电压为10~12V;阴极304不锈钢的尺寸为30mm×30mm×1mm;清洗时先将去离子水倒入干净烧杯中,用镊子夹着溶解后的镀层慢慢放入烧杯中,最后再超声清洗5min。
在本发明一个较佳实施案例中,所述步骤(5)中镀层进行低表面能处理时,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,氟化处理时间为60~90min。
与现有技术相比,本发明主要的技术优势为:
(a)制备方法简单、高效、实用、安全、易于控制,反应条件温,成本低。
(b)不需要昂贵复杂的设备仪器,在不破坏原金属表面的同时可以实现大面积制备。
(c)制备的Ni-P-Al2O3超疏水纳米复合镀层不易脱落,在空气中放置较长时间仍具有良好的稳定性,水在Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的表面静态接触角可达150°以上。
(d)制备的Ni-P-Al2O3纳米复合镀层不仅具有超疏水性,同时显著提高了45钢基底表面的耐腐蚀性能。电化学阳极溶解后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面形成不规则的凹坑结构,使得超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层中捕获大量空气,形成了一层有效的“气垫”保护层,从而提高了45钢基底表面的耐腐蚀性能。
图1为本发明通过电化学法在45钢基底上制备的超疏水Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的SEM图。
图2为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为4A/dm2、设置温度为50℃、机械搅拌速度为300r/min、电沉积时间为90min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图3为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为5A/dm2、设置温度为60℃、机械搅拌速度为300r/min、电沉积时间为90min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图4为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为6A/dm2、设置温度为70℃、机械搅拌速度为300r/min、电沉积时间为90min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图5为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为5A/dm2、设置温度为60℃、机械搅拌速度为250r/min、电沉积时间为90min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图6为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为5A/dm2、设置温度为60℃、机械搅拌速度为350r/min、电沉积时间为90min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图7为45钢基在Ni-P-Al2O3镀液中,电流密度为5A/dm2、设置温度为60℃、机械搅拌速度为300r/min、电沉积时间为120min条件下制备的镀层,经电化学阳极溶解再氟化处理后Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上测得的水接触角大小。
图8为本发明制备的45钢基Ni-P-Al2O3纳米复合镀层上抗粘性图。
图9为本发明制备的45钢基Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的接触角测试实物图。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为4A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为50℃;机械搅拌速度为300r/min,电沉积时间为90min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
实施例2
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为5A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为60℃;机械搅拌速度为300r/min,电沉积时间为90min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
实施例3
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为6A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为70℃;机械搅拌速度为300r/min,电沉积时间为90min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
实施例4
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为5A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为60℃;机械搅拌速度为250r/min,电沉积时间为90min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
实施例5
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为5A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为60℃;机械搅拌速度为350r/min,电沉积时间为90min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
实施例6
(1)将尺寸为7mm×8mm×30mm的45钢基底用不同精细的水砂纸打磨抛光,以除去45钢基底表面的氧化层,然后将打磨后的45钢基底用去离子水清洗干净,吹干。在室温下,碳棒接正极,工件45钢接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s,除去基底表面油污;接着进行弱活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间30s;最后进行强活化,工件45钢接正极,碳棒接负极,控制电源电流为1A,通电时间25s。每道工序完成后均用去离子水超声清洗,吹干待用。
(2)用电子天平分别称取200g硫酸镍(NiSO4·6H2O)、30g氯化镍(NiCl2·6H2O)、20g亚磷酸(H3PO3)、30g硼酸(H3BO3)、60g柠檬酸(Citric acid)、0.01g硫脲(Thiourea)及0.08g十二烷基苯磺酸钠(SDBS)缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后得到Ni-P合金镀液;用电子天平称取4g粒径为30nm的Al2O3颗粒,放入适量去离子水中超声波分散5min并静置润湿24h,然后将润湿后的纳米颗粒悬浮液再次进行超声波分散25min,最后将分散后的纳米颗粒悬浮液加入配置好的Ni-P合金镀液中,得到Ni-P-Al2O3镀液,定容至1L,静置待用。
(3)电沉积法制备镀层过程中,电源的正极接镍板,负极接45钢工件,且设置电流密度为5A/dm2;使用恒温水浴锅加热烧杯中的Ni-P-Al2O3镀液,设置温度为60℃;机械搅拌速度为300r/min,电沉积时间为120min。电沉积后在45钢基底得到Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,将镀层用去离子水超声清洗后吹干。
(4)用电子天平分别称取5.85g的NaCl缓慢加入装有适量去离子水的烧杯中,搅拌均匀后定容至1L。电源的正极接Ni-P-Al2O3纳米复合镀层,负极接尺寸为30mm×30mm×1mm的304不锈钢,设置恒压为12V,恒定电流1A,溶解时间为5min。常温下,通过阳极溶解法使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层表面具有适当的粗糙结构,再将溶解后的镀层用去离子水充分清洗干净,吹干。
(5)进行低表面能处理,氟化处理溶液配置为1%的氟硅烷和99%的酒精,搅拌均匀后氟化处理时间为60~90min。将吹干后的镀层进行低表面能处理,使镀层粗糙的微结构表面涂敷一层低表面能薄膜,从而使Ni-P-Al2O3纳米复合镀层成为45钢基底表面超疏水镀层。
对本发明实施例1至实施例6在45钢基制备的具有超疏水表面的Ni-P-Al2O3纳米复合镀层进行接触角检测,结果见下表:
表1 实施例1至实施例6制备的具有超疏水表面的Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的接触角
从表1可以看出,采用本发明的方法在45钢基底制备的具有超疏水表面的Ni-P-Al2O3纳米复合镀层的接触角达到150°以上,极大的降低了液滴与镀层表面的接触面积,从而进一步提高了超疏水表面的耐腐蚀性能。以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
本文发布于:2024-09-24 14:33:54,感谢您对本站的认可!
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