含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层及其制备方法 技术领域
本发明涉及用金属材料对材料的镀覆，尤其是含有无机富勒烯纳米材料的复合镀层及其制备方法。
背景技术
现有的各种复合镀层，其中所含有的固体颗粒主要有：碳化硅、金刚石、石墨以及层状结构的金属硫化物(如：硫化钨和硫化钼)，但是目前含有这些固体颗粒的复合镀层在其耐磨性能、自润滑性能、摩擦学性能对环境的稳定性并不是十分理想。
传统层状结构的过渡金属硫化物(如：硫化钨和硫化钼)作为润滑剂已得到了广泛的应用，但由于其晶体边缘不饱和的悬挂键具有化学活性，在摩擦过程中容易粘合到金属的表面和被氧化，使摩擦学性能急剧降低。无机类富勒烯过渡金属硫化物具有嵌套的类似于富勒烯碳的结构，具有良好的化学稳定性和优异地摩擦学性能。有关无机类富勒烯纳米材料的基础研究和摩擦学应用研究的文献主要有：
[1]R.Tenne，L.Margulis，M.Genut，G.Hodes，Nature，1992，360：444
[2]L.Margulies，G.Salitra，R.Tenne，M.Talianker，Nature，1993，365：113
[3]L.Rapoport，Y.Feldman，M.Homyonfer，et al.，Wear，1999，225：975
[4]L.Rapoport，M.Lvovsky，I.Lapsker，et al.，Wear，2001，249：140-157
[5]M.Chhowalla and G.A.J.Amaratunga.Nature，2000，407：164
[6]L Rapoport，Lvovsky M，LapskerI，et al.，Advance Eng.Mater.2001，3(1-2)：71-75
但是迄今为止有关用无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料制备具有高耐磨性能和低摩擦系数的复合镀层的研究还未见报道。
发明内容
本发明采用含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层及其制备方法，用化学镀或电镀制备得到一种不仅具有高耐磨性能，并具有低摩擦系数的复合镀层。
本发明的技术方案是：
含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层是在镀层中含有无机类富勒烯纳米材料的硫化钨或硫化钼。
采用化学镀或电镀，在化学镀液和电镀液中，含有1～35g/L的无机类富勒烯纳米材料的硫化钨或硫化钼。
方案一
含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层的制备方法采用化学镀的方法，化学镀溶液和条件如下：
硫酸镍或氯化镍 10-35g/L
次亚磷酸钠或硼氢化钾 0.5-35g/L
钨酸钠 0-70g/L
柠檬酸钠或乙二胺 0-100g/L
乳酸 0-20mL/L
pH 4-14
温度 60-90℃
直径为50-500nm的无机类富
勒烯纳米材料硫化钨或硫化钼 1-35g/L
镀覆时间 1-4小时
用醋酸或醋酸钠或氢氧化钠或硫酸铵调整溶液的pH值。
方案二
含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层的制备方法，采用电镀的方法，电镀溶液和条件如下：
硫酸镍 130-300g/L
氯化镍 10-80g/L
次亚磷酸钠或亚磷酸 0-40g/L
硫酸纳 20-90g/L
温度 15-80℃
直径为50-500nm的无机类
富勒烯纳米材料硫化钨或硫化钼 1-35g/L
阴极电流密度 1-10A/dm2
时间 0.5-3小时
同现有技术比较本发明具有以下突出的优点：
1)本发明的含有无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的复合镀层不仅具有高的耐磨性能，而且具有极低的摩擦系数。在同等测试条件下，其磨损量为Ni-P镀层的1/5，是Ni-P-层状WS2复合镀层的1/3，是Ni-P-SiC复合镀层的1/2；其摩擦系数只有0.03，而Ni-P镀层、Ni-P-(2H-WS2)和Ni-P-SiC复合镀层的摩擦系数分别为0.09、0.06、0.10。
2)本发明有化学镀和电镀的方法制备无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料复合镀层的方法简单，可以镀覆在不同金属零件表面上，适合于工业化生产。
3)这种上述具有高耐磨性能和极低摩擦系数的无机类富勒烯复合镀层，可以延长金属零件的使用寿命，并且降低能源消耗，有利于环境保护，因此在汽车、机械、化工、航空航天等工业部门具有广泛的应用。
具体实施方式
实施例1：
用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有无机类富勒烯纳米材料的Ni-P复合镀层。其镀覆方法如下：硫酸镍22g/L，次亚磷酸钠22g/L，乳酸6mL/L，醋酸钠12g/L，pH＝5，温度90℃，无机类富勒烯WS2纳米材料6g/L，时间3小时。摩擦磨损实验结果表明：含有无机类富勒烯硫化钨的Ni-P复合镀层的磨损量分别是Ni-P镀层的1/5、Ni-P-SiC镀层的1/2，其摩擦系数为0.026-0.032，而Ni-P和Ni-P-SiC的摩擦系数为0.09-0.10和0.10-0.12。证明含有无机类富勒烯硫化钨的Ni-P复合镀层不仅具有高的耐磨性能，而且具有低的摩擦系数。
实施例2：
用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有无机类富勒烯纳米材料的Ni-W-P复合镀层。其镀覆方法如下：硫酸镍25g/L，钨酸钠60g/L，次亚磷酸钠23g/L，柠檬酸钠95g/L，乳酸7mL/L，硫酸铵30g/L，pH＝9，温度85℃，无机类富勒烯MoS2纳米材料5g/L，时间2.5小时。摩擦磨损实验结果表明含有无机类富勒烯硫化钨的Ni-W-P复合镀层的磨损量是一般层状结构硫化钨Ni-W-P复合镀层的1/3，其摩擦系数为0.027-0.031，而一般层状结构硫化钨复合镀层的摩擦系数为0.06-0.08。证明具有嵌套类富勒烯结构硫化钨Ni-P复合镀层比一般层状结构硫化钨的复合镀层具有更高的耐磨性能和更低的摩擦系数。
实施例3：
用化学镀的方法在45#钢基体上镀覆含有无机类富勒烯纳米材料的Ni-B复合镀层。其镀覆方法如下：氯化镍30g/L，硼氢化钾0.9g/L，乙二胺55g/L，氢氧化钠40g/L，pH＝14，温度75℃，无机类富勒烯MoS2纳米材料5g/L，时间3小时。摩擦磨损实验发现：含有无机类富勒烯硫化钼的Ni-B复合镀层的磨损量分别是Ni-B镀层的1/6、Ni-B-SiC镀层的1/3，其摩擦系数为0.024-0.030，而Ni-B和Ni-B-SiC的摩擦系数为0.1和0.11。说明含有无机类富勒烯硫化钼的Ni-B复合镀层具有优异的摩擦学性能。
实施例4：
铝合金经除油、碱性浸蚀和酸性浸蚀后，通过二次予浸锌或浸锌镍合金，然后用化学镀方法在其表面镀覆无机类富勒烯硫化钨纳米材料的Ni-P复合镀层。化学镀方法同实施例1。摩擦磨损实验发现铝合金表面无机类富勒烯硫化钨Ni-P复合镀层的磨损量是Ni-P镀层的1/5-1/6，其摩擦系数为0.03，而Ni-P镀层的摩擦系数为0.11。
实施例5：
用电镀的方法在45#钢基体上镀覆含有无机类富勒烯纳米材料的Ni-P复合镀层。电镀溶液的成分和操纵条件如下：硫酸镍200g/L，氯化镍15g/L，次亚磷酸钠8g/L，硫酸钠40g/L，温度75℃，无机类富勒烯WS2纳米材料15g/L，阴极电流密度：2A/dm2，时间2小时。摩擦磨损实验结果表明无机类富勒烯硫化钨的Ni-P复合镀层的磨损量是Ni-P镀层的1/5～1/7，其摩擦系数为0.024-0.035，Ni-P镀层的摩擦系数为0.1。