一种Ni-Fe-P合金基复合镀层的制备工艺技术领域
本发明涉及一种表面电镀工艺及复合镀层，尤其是涉及一种以非晶/纳米晶Ni-
Fe-P合金为基体的复合镀层制备工艺。
背景技术
非晶结构上的特殊性(短程有序)，使得非晶材料与传统金属相比，具有优良的力
学性能、抗腐蚀能力、化学活性等优点。非晶材料在室温变形时易诱发局域绝热剪切带形成
单重剪切裂纹而突然断裂失效，几乎不展现宏观的塑性变形特征，这极大地限制了非晶材
料作为结构材料的应用。另一方面，非晶的结构特点决定其处于热力学的亚稳状态，这也限
制了非晶材料在较高温度场合下的使用。因此，利用第二相强韧化原理，采用复合技术，在
非晶合金材料中添加高硬度粒子（或纤维），使非晶合金的宏观塑性、冲击韧性得以提高，在
一些非晶材料中已取得一定的成果。
复合电镀是采用电化学方法使金属（或合金）与固体微粒（或纤维）共沉积，镀层中
基体金属和添加的固体微粒之间几乎不发生扩散现象，因此兼有基体金属和固体微粒的综
合性能。复合电镀的技术适用性和实用性宽广，具有较强的可变性和可操作性，应用将日益
广泛。电刷镀的基本原理与电镀相同，无须镀槽。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运
动速度在被镀表面上移动，并保持一定的压力，从而使金属离子沉积在被镀材料表面。电刷
镀具有设备简单、工艺简单、成本低、沉积速度快、适用范围广等特点，已广泛应用于零部件
的表面强化和修复。因此，采用电刷镀制备非晶/纳米晶复合镀层，充分发挥非晶合金基体
和纳米粒子的优异性能，提高镀层的耐磨性，节约材料，具有重要的工程实际应用价值。
发明内容
Ni-Fe-P非晶合金具有高强、良好的耐磨和耐蚀等优异性能，且制备工艺较为成
熟，是复合镀层理想的基体材料，VC1-x、TiC等晶粒长大抑制剂，具有很高的强度、硬度等特
点，可抑制非晶基体高度局域剪切带的形成，并可抑制晶化转变时晶粒的长大速度，降低加
热时间对非晶合金基体晶化转变的敏感性，提高Ni-Fe-P非晶/纳米晶基体制备工艺的可操
作性。本发明所要解决的技术问题是，提供一种以非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金为基体，添加晶
粒长大抑制剂作为第二相的复合镀层制备工艺。
一种Ni-Fe-P合金基复合镀层的制备工艺，所采用的技术方案是：复合镀层的基体
材质为非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金，Ni含量为复合镀层的80-90wt%，Fe含量为复合镀层的5-
20wt%（优选8-12wt%），P含量为复合镀层的5-15wt%（优选8-12wt%），所述复合镀层中第二相
为VC1-x、TiC等晶粒长大抑制剂，含量为复合镀层的0-5wt%（优选0.5-2wt%）。
本发明之复合镀层的制备工艺，包括以下步骤：
（1）金属被镀表面的预处理；
（2）第二相粒子的活化；
（3）电刷镀Ni-Fe-P非晶复合镀层；
（4）复合镀层部分晶化的转变。
所述金属被镀表面预处理包括除锈、脱脂、活化过程，可采用化学或电化学方法；
所述的电刷镀工艺参数为：电极的电流密度为0.2-1.2A/mm2，电极相对运动速度为5-
20m/min（优选8-15m/min），施镀温度为30-60℃，镀液Ph值0.5-1.5；
所述电刷复合电镀液组成为；可溶性镍盐2-4mol/L，亚铁盐0.2-1mol/L，羧酸0.2-
0.6mol/L，硼酸15-40g/L，第二相粒子5-25g/L，次磷酸钠或亚磷酸0.1-0.5mol/L，络合剂
0.5-5g/L，还原剂0.5-2g/L；
所述可溶性镍盐包括：硫酸镍、氯化镍；
所述亚铁盐包括：硫酸亚铁、氯化亚铁；
所述羧酸包括：乙酸、甲酸、草酸、柠檬酸等；
所述络合剂包括：酒石酸、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠等；
所述部分晶化转变的工艺参数为：转变温度300-330℃，加热时间0.2-0.5h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.与真空镀法、液态急冷法等方法制备非晶材料相比，电镀法具有设备投资少、镀液成
分简单，稳定性高，寿命较长，原材料利用率高等特点，而与内生复合法（铸造类）制备非晶
复合材料相比，能源消耗更少、组织更均匀；
2. 相比常规电镀而言，镀液中金属离子含量更高，同时两电极间有相对远动故允许使
用较高的电流密度，金属沉积速度快；
3.利用VC、TiC等高硬、高强抑制非晶合金变形时单一剪切带的滑移，促使多重剪切带
的产生和滑移，提高非晶复合镀层的宏观塑性和冲击韧性，同时也可增强复合镀层的耐磨
性；同时VC、TiC等也是一种高效的晶粒长大抑制剂，可在抑制晶化转变时晶粒的长大速度，
降低加热温度和时间对晶化转变的敏感性，提高其晶化转变工艺的可操作性和可控性；
4.通过调整电镀液主要成分的浓度配比，可获得不同成分的复合镀层，满足不同场合
的性能要求；
5.通过晶化转变，使Ni-Fe-P非晶合金内生转变为非晶/纳米Ni-Fe-P合金，提升了非
晶/纳米结构之间的相互协调与匹配，使复合镀层内应力降低，可进一步抑制非晶的高度局
域化剪切带的形成，提高复合镀层的冲击韧性和综合性能；
6.可通过调整晶化转变的工艺参数，获得由不同非晶/纳米晶组成比例构成的Ni-Fe-P
合金基体，从而调整复合镀层的性能，满足不同场合的性能要求；
7. 该电镀液配方不含氰化物、六价铬、镉等有毒物质、从而降低电镀液回收处理的成
本和难度，可实现绿色生产；
8. 电刷镀具有设备与工艺简单，尤其对于大型、精密设备的现场不解体修复更具有实
用价值。电刷镀可采用不同型号的镀笔，并配有形状不同、大小不一的不溶阳极，对各种不
同几何形状及结构复杂的零部件都可修复。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金/VC复合镀层的制备
非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金/VC复合镀层，基体材质为非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金，Ni含量
为复合镀层的83.4wt%，Fe含量为复合镀层的10.6wt%，P含量为复合镀层的5.3wt%，VC含量
为复合镀层的0.7wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）被镀金属表面的预处理：镀材选用45号钢板，被镀表面先后经机械加工，然后在超
声波清洗机采用20wt%氢氧化钠溶液以去油脂，最后，采用12wt%盐酸溶液去除被镀表面的
氧化膜，活化金属表面；
（2）固体微粒的活化处理：将400目VC微粒加入到15wt%的盐酸溶液清洗，备用；
（3）复合电镀液组成为：氯化镍0.2 mol/L、硫酸镍1.8mol/L、硫酸亚铁0.3mol/L，硼酸
20g/L、十二烷基苯磺酸钠1g/L、酒石酸0.5g/L，乙酸0.3mol/L，VC5g/L、次磷酸钠0.24 mol/
L，碘化钾0.5g/L，滴定盐酸至pH值至1；
（4）复合镀层的制备：阳极采用平板石墨，电极的电流密度为0.45 A/mm2，电极相对运
动速度为8 m/min，施镀温度为40℃；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度320℃下保温0.2 h，使非晶Ni-Fe-P合金基
体转变为非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金基体。
实施例2
本实施例之非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金//TiC复合镀层，基体材质为非晶/纳米晶Ni-Fe-
P合金，Ni含量为复合镀层的82.6wt%，Fe含量为复合镀层的8.1wt%，P含量为复合镀层的
7.2wt%， TiC含量为复合镀层的2.1wt%。
其电镀工艺，包括以下步骤：
（1）电镀表面的预处理：镀材选用Q235号钢板，首先经铣、磨、研磨加工被镀表面，然后，
采用20wt%氢氧化钠溶液清洗去油脂，最后，采用12wt%盐酸溶液去除被镀表面的氧化膜，活
化金属表面；
（2） 微粒的活化处理：将400目的TiC微粒加入到25wt%的盐酸溶液中，加热至65℃处理
30min，用蒸馏水清洗3次，备用；
（3）复合电镀液组成：硫酸镍2.5mol/L，硫酸亚铁0.2mol/L，草酸0.4mol/L，硼酸15g/L，
十二烷基苯磺酸钠0.8g/L，TiC15g/L，次磷酸钠0.4mol/L，碘化钾0.5g/L，再加入盐酸调节
pH值至1.5；
（4）复合镀层的制备：阳极采用平板石墨，电极板电流密度为0.6A/mm2，施镀温度为45
℃；
（5）复合镀层的后处理：将被镀产品在温度310℃下保温0.3 h，，使非晶Ni-P合金基体
转变为非晶/纳米晶Ni-Fe-P合金基体。