一種Zr顆粒改進的電沉積納米復(fù)合鍍層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的納米復(fù)合鍍層合成工藝，尤其涉及的是一種電沉積Zr顆粒的復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電沉積金屬基復(fù)合涂層因具有較高的硬度，較好的耐腐蝕性能和較好的抗磨損性能，廣泛用作微電子器件表面改性材料或者裝飾性材料。所得電鍍層須具有如下的特征:良好的結(jié)合力、足夠的厚度、適當(dāng)?shù)牧W(xué)性能(硬度和強度)、抗熱擾動性能和抗腐蝕性能。鎳基復(fù)合電鍍層由于其好的加工性，較高的硬度，較好的抗磨損性和較高的抗腐蝕性能等優(yōu)點，已經(jīng)在微電子器件上得到了應(yīng)用。
[0003]純鎳電鍍層已經(jīng)廣泛的用于微電子器件，封裝和裝飾行業(yè)。但純鎳鍍層由于其較低的硬度，較差的抗磨損性能，較差的抗氧化性能和抗腐蝕性能，限制了其進一步應(yīng)用。近年來，大量研宄致力于高硬度，高抗磨損性能和高抗腐蝕性能的鎳基金屬基復(fù)合電鍍層。比如，在電鍍過程中加入不同惰性顆粒(SiC，Al203，Ti02，Y203，Ce02#)和金屬顆粒(Cr，Al和Ti)，形成 N1-SiC, N1-Al2O3, N1-T12, N1-Y2O3, N1-Al, N1-Cr 復(fù)合電沉積材料。
[0004]進來研宄表明，金屬顆粒如Al和Cr顆粒加入Ni基復(fù)合電鍍層能形N1-Al和N1-Cr復(fù)合電鍍層。形成的N1-Al和N1-Cr復(fù)合鍍層具有較高的抗腐蝕性能，較高的硬度，較好的抗氧化性能。
[0005]總體而言，盡管目前對鎳基復(fù)合電鍍層的研宄較多，但是通過電沉積形成N1-Zr復(fù)合材料的還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種硬度高、抗腐蝕性能強的Zr顆粒改進的電沉積納米復(fù)合鍍層及其制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種Zr顆粒改進的電沉積納米復(fù)合鍍層，其特征在于，該復(fù)合鍍層為N1-Zr復(fù)合鍍層，包括均勻分布Zr顆粒的納米晶粒，所述的復(fù)合鍍層的織構(gòu)為(111)織構(gòu)。
[0008]所述的納米晶粒的大小為55nm。
[0009]所述的復(fù)合鍍層的硬度為390Hv，腐蝕電流為0.296 μ A/cm2。
[0010]一種Zr顆粒改進的電沉積納米復(fù)合鍍層的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0011](I)在電鍍池中加入去離子水，硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，Zr顆粒，配成電鍍液；所述的硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，Zr顆粒的重量比為10?15:1?3:1?2:3?5 ;所述的去離子水的加入量為使Zr顆粒的濃度為0.05?0.lg/ml ；
[0012](2)將配置好的電鍍液超聲波震動10?60min，隨后磁力攪拌2?5h ;
[0013](3)將拋光、清洗后陰極和陽極置于電鍍液中并連接電源；
[0014](4)啟動磁力攪拌器，攪拌速度設(shè)置為300轉(zhuǎn)每分鐘；接通電源，開始電鍍，沉積I?2h，結(jié)束取出試樣即可。
[0015]步驟(I)所述的硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，Zr顆粒的重量比為12:2:1.5:4 ;所述的去離子水的加入量為使Zr顆粒的濃度為0.08g/mlo
[0016]步驟(I)硫酸鎳純度為99.9%，氯化鎳的純度為99.9%，硼酸的純度為99.9%，Zr顆粒的大小為I μ m，純度為99.9%。
[0017]所述的電鍍液的pH值通過氫氧化鈉調(diào)節(jié)至4.2。
[0018]步驟⑵所述的震動時間為30min，磁力攪拌時間為4h。
[0019]步驟⑶所述的陰極為不銹鋼薄膜，大小為15mmX 10mm，厚度為2mm ;所述的陽極為镲片，大小為15mmX 10mm，厚度為1mm，陰極和陽極間的距離為2cm。
[0020]步驟⑷所述的電源的電流密度設(shè)置為4A/dm2。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明本發(fā)明實現(xiàn)新型的N1-Zr金屬基復(fù)合材料，Zr顆粒均勻的分布在復(fù)合材料中，Zr顆粒的加入細化了晶粒；晶粒細化增加了復(fù)合鍍層的硬度，其硬度高達390Hv ;Zr顆粒的加入促進了復(fù)合材料(111)優(yōu)先取向，均勻分布的Zr顆粒，晶粒尺寸的降低，以及(111)優(yōu)先取向增加了涂層的抗腐蝕性能。這種高硬度以及較高的抗腐蝕性能增加了電鍍N1-Zr復(fù)合涂層的工程化應(yīng)用范圍，并且在微電子器件，模具和裝飾性行業(yè)具上具有很好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的電鍍示意圖；
[0023]圖2是電沉積的N1-Zr復(fù)合涂層及作為對比純Ni鍍層的XRD衍射圖譜；
[0024]圖3是電沉積的N1-Zr復(fù)合涂層及作為對比純Ni鍍層的晶粒大?。?br>[0025]圖4是電沉積的N1-Zr復(fù)合涂層的橫截面圖片；
[0026]圖5是電沉積的N1-Zr復(fù)合涂層及作為對比純Ni鍍層的織構(gòu)圖；
[0027]圖6是電沉積的N1-Zr復(fù)合涂層及作為對比純Ni鍍層的極化曲線圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0029]實施例1
[0030]如圖1所示，本實施例的一種電沉積納米復(fù)合鍍層的制備方法，包括以下步驟:
[0031](I)在燒杯I中加入硫酸镲60g，氯化镲10g，硼酸7.5g，Zr顆粒20g，去離子水250mL；
[0032](2)超聲波溶液震動30分鐘，隨后用磁力攪拌溶液4小時
[0033](3)利用氫氧化鈉溶液調(diào)整溶液的pH值至4.2，攪拌速率300轉(zhuǎn)每分鐘2 ；
[0034](4)將拋光、清洗后的鎳片和不銹鋼基片分別接上電源的陽極3和陰極4 ;
[0035](5)接通電源5，開始電鍍，沉積I小時，取下試樣，清洗；
[0036]如圖2和3所示，本實施例電沉積N1-Zr的試樣經(jīng)XRD檢測分析得到，電沉積復(fù)合N1-Zr鍍層基體Ni的晶粒大小為55nm，純Ni鍍層的晶粒大小為173nm。
[0037]如圖4所示，橫截面檢查顯示，Zr顆粒均勻的分布在復(fù)合鍍層內(nèi)。
[0038]如圖5所示，純Ni鍍層為(200)優(yōu)先取向，Zr顆粒的加入使得N1-Zr復(fù)合鍍層為
(111)優(yōu)先取向。
[0039]用顯微維硬度計對N1-Zr及對比純Ni電沉積復(fù)合鍍層的硬度進行分析，載荷為200g，N1-Zr涂層的的硬度為390Hv，N1-Zr鍍層的硬度為288Hv。
[0040]如圖6所示，用極化實驗對N1-Zr及對比的純Ni電沉積復(fù)合鍍層的抗腐蝕性能進行研宄，掃描速度為IMV每秒，可以得到，N1-Zr復(fù)合鍍層的腐