块体二元NIP非晶合金及其制备方法.pdf

本发明一种块体二元NiP非晶合金及其制备方法。让非晶合金在电沉积模具(12)上沉积，而不是直接沉积在阴极基片上，采用纯度为99％的活化镍板(11)作为可溶性阳极提供镍离子，根据需要的非晶产品形状设计的不锈钢基板(2)做不溶性阴极，将其镶嵌于上述电沉积模具(12)中。通过改变镀液成分，可制备成分范围可变的Ni100－XPX (X＝19～23)、尺寸达毫米量级的块体二元NiP非晶合金。

1.  一种块体二元NiP非晶合金，其特征是：让非晶合金在电沉积模具(12)上沉积，而不是直接沉积在阴极基片上，采用纯度为99％的活化镍板(11)作为可溶性阳极提供镍离子，根据需要的非晶产品形状设计的电沉积模具(12)做不溶性阴极，将其镶嵌于上述电沉积模具(12)中，通过改变镀液成分，可制备成分范围可变的Ni_100-XP_X(X＝19～23)、尺寸达毫米量级的块体二元NiP非晶合金。

2.  一种制备权利要求1所述的块体二元NiP非晶合金的工艺，其特征是：
a.电沉积模具(12)是由上、下两块形状相同的上模具(1)和下模具(3)组成，上模具(1)内孔形状尺寸小于下模具(3)沉孔形状尺寸；不锈钢基板(2)的形状尺寸略小于下模具(3)的沉孔的形状尺寸，不锈钢基板(2)的厚度与下模具(3)的沉孔深度相同，并置于下模具(3)的沉孔之中；
b.通过螺钉将不锈钢基板(2)、下模具(3)和置于下模具外的不锈钢带(4)连接，不锈钢带(4)缠绝缘胶带以减少镀液消耗以维持镀液的稳定性；
c.上、下模具(1、3)通过两个紧固螺拴结合成为一个整体的电沉积模具(12)；
d.电源(5)正负极通过滑线变阻器(8)、电压表(7)和电流表(9)分别与电解槽中的活化镍板(10)和电沉积模具(12)不锈钢带(4)连接，通过滑线变阻器(8)调解镀液电流密度。不锈钢带(4)露出处接导线与电源负极相连以使模具工作面导电；
e.严格控制镀液(11)的pH1.1～1.3值。当镀层达到一定的厚度以后，添加糖精做为去应力剂，另外电沉积模具(12)的机械紧固作用也可以减少宏观内应力的存在，以保证镀层质量；
f.当达到所需厚度尺寸时，断电，取出电沉积模具(12)，用水冲洗后晾干，拆分出各个零件，从不锈钢基板(2)上可以轻易剥离NiP非晶样品。

3.  根据权利要求2所述的块体二元NiP非晶合金的制备工艺，其特征是：上、下模具(1、3)的制造材料是有机玻璃。

块体二元NiP非晶合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种非晶态合金的制备，特别是涉及一种电化学沉积技术。
背景技术
NiP非晶合金具有很多优异性能：抗腐蚀性能好，目前已成功应用于油田注水井管的耐腐蚀涂层；摩擦磨损性能好，广泛用于机械传动部件。另外，超细NiP非晶合金作为高活性催化剂广泛应用于化学化工领域。目前，NiP非晶合金制备有两种方法：甩带法和电化学沉积法。在形状尺寸方面，这两种方法制备的样品只有微米量级，停留在细丝、条带和薄膜阶段，始终无法得到具有三维尺度的大块非晶合金。制备工艺方面，甩带法需要预炼金属NiP母合金，而非金属P极易挥发，造成偏离非晶形成的成分范围，而难以形成非晶态合金。至于电化学沉积法，由于镀液直接沉积在阴极板表面，这种传统的无机械力约束的沉积方式，势必造成随着沉积时间延长，镀层开裂、与阴极板基体剥离的缺陷，只能制得薄膜材料。正是由于这些方法制备的非晶合金形状尺寸的限制，使得非晶合金材料的许多优良特性在实际应用中不能充分发挥。
发明内容
传统的电沉积方法，都是直接在阴极基片上沉积所需成分的合金，因此随电镀时间的增加，镀层脱落、开裂，只能得到微米尺寸的非晶薄膜。为了克服现有制备方法制备的非晶合金薄膜尺寸小而难于应用的缺点，本发明提供一种块体二元NiP非晶合金及其制备方法，该方法通过特殊设计的电镀模具，改变镀液成分，可成功制备成分范围可变的Ni_100-XP_X(X＝19～23)、尺寸达毫米量级的块体二元NiP非晶合金。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：让非晶合金在特殊设计的模具上沉积，而不是直接沉积在阴极基片上。采用纯度99％的活化镍板作为可溶性阳极提供镍离子，根据需要的非晶样品形状设计电沉积模具，将不锈钢基板做不溶性阴极，镶嵌于电沉积模具中。
模具是由上下两块形状相同的有机玻璃上模具和下模具组成，上模具内孔的形状与下模具的沉孔的形状相同，且略小于下模具沉孔的形状；不锈钢基板的形状与下模具的形状相同，且略小于下模具沉孔的形状，不锈钢基板的厚度与下模具沉孔的深度相同，放置于下模具沉孔之中。通过螺钉将不锈基板、下模具和置于下模具外的不锈钢带连接，特别注意的是：将不锈钢带缠绝缘胶带以减少镀液消耗，维持镀液的稳定性。上、下模具通过两个紧固螺拴结合成为一个整体。
电源正负极通过滑线变阻器、电压和电流表分别与电解槽中的镍板和电沉积模具中不锈钢带连接，通过滑线变阻器调解镀液电流密度。不锈钢带露出处接导线与电源负极相连以使模具工作面导电。严格控制镀液的pH值。当镀层达到一定的厚度以后，添加糖精做为去应力剂，另外模具的机械紧固作用也可以减少宏观内应力的存在，保证镀层质量。当达到所需厚度尺寸时，断电，取出模具，用水冲洗后晾干。拆分出各个零件，从不锈钢基片上，可以轻易剥离NiP非晶样品。
本发明的有益效果是，由于本发明的电沉积模具使用的不锈钢板和有机玻璃材料极易加工，可以根据需要的块体非晶样品形状，加工电沉积模具，通过改变镀液成分，可制备所需成分和形状尺寸的块体二元NiP非晶合金。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是制备的块体二元NiP非晶合金实物图；
图2是电沉积模具装配示意图；
图3是块体二元NiP非晶合金及其制备方法的电沉积工艺电路图。
在图1中，1.上模具，2.不锈钢基板，3.下模具，4.不锈钢带。在图3中，5.电源，6.开关，7.电压表，8.变阻器，9.电流表，10.电镀液，11.活化镍板，12.电沉积模具。
具体实施方式
镀液的主要成分是硫酸镍、氯化镍、亚磷酸和硼酸。其配方及相关工艺参数见于表1。
镀液中，硫酸镍为主盐，提供电镀的Ni离子；氯化镍提供氯离子作为阳极活化剂，防止阳极钝化，因为镀液pH值较低，所以氯离子浓度与镀镍工艺相比要低；亚磷酸作为镀层中P的主要来源；硼酸主要是调节及缓冲pH值，pH值一定的条件下，其含量对镀层中P含量影响很小。通过滴加10wt％亚磷酸和蒸馏水以维持镀液的稳定，使镀层的磷含量尽量处于镍和磷二元相图的低共熔点附近。沉积过程中，应尽量避免在未通电的情况下将阴极板长时间浸于电镀液中，以免电沉积层出现发红现象。
图1是本发明制备的块体二元NiP非晶合金实物图。该块体二元NiP非晶合金的样品表面光滑，厚度达到1毫米。电沉积模具由上模具1、不锈钢基板2、下模具3、不锈钢带4等四部分组装而成(见图2)，上模具1和下模具3采用有机玻璃制作，不锈钢基板2的直径5×50mm，其工作面依次用400#，800#，1000#砂纸打磨以去除机械加工划痕。洗净后浸入10％NaOH水溶液1min除锈。然后用纯净水反复冲洗、浸泡4个零件。上模具1和下模具3之间采用2×M4均布螺柱联接。不锈钢基板2、上模具1和下模具3采用2×M4均布螺钉联接。不锈钢带4露出处接导线与电源负极相连以使上模具1的工作面导电。图3的电沉积工艺电路图中，采用8×12cm活化镍板10做阳极。为保证非晶样品质量，应尤其注意通过滴加10wt％亚磷酸和蒸馏水以维持镀液的稳定。当达到所需厚度尺寸时，取出电沉积模具12，用水冲洗后晾干。拆分出各个零件，将不锈钢基板2表面的电沉积NiP层与基体剥离。
表1镀液主要成分含量(g/L)及工艺参数