專利名稱：塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬材料及其制備方法，特別是一種非晶態合金及其制備方法。
背景技術：
Ni-W-P非晶合金具有許多優異的性能優異的耐蝕性，應用于油田井管的耐腐蝕涂層；良好的摩擦磨損性能，高硬度和機械強度，廣泛應用于機械傳動部件；具有優良的催化析氫活性、長期電解穩定性以及較高的熱穩定性和耐蝕性，用于電催化析氫和光電催化析氫；超細Ni-W-P非晶合金具有高活性催化劑的作用，廣泛應用于化工領域。目前，Ni-W-P非晶合金制備通常有三種方法甩帶法、化學鍍法和電沉積法。在形狀尺寸方面，這三種方法制備的樣品都很薄，都是微米量級，停留在細絲、條帶和薄膜階段，無法得到具有三維尺度的大塊非晶合金。甩帶法需要預熔金屬Ni-W-P母合金，而非金屬P極易揮發，而偏離非晶形成的成分范圍，難以形成非晶合金。至于化學鍍法和電沉積法，由于鍍層直接 沉積在基板表面，這種傳統的沉積方式，沒有機械力的約束，電流密度小，結果造成隨著沉積時間的延長，鍍層開裂或與基板剝離，因此只能制得薄膜材料。用這些方法制備的非晶合金，非晶合金的形狀尺寸受到限制，使得非晶合金材料的許多優良特性在實際應用中難以充分發揮。
發明內容
本發明的目的在于提供一種制備速度快、具有三維尺度大塊的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金及其制備方法。本發明采用專門設計的噴射電沉積模具以及不同的鍍液成分和鍍覆工藝，得到一種鍍層厚度達毫米量級的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金。本發明的技術方案如下
一、本發明的三元鎳-鎢-磷非晶合金，其化學成分為Ni1(l(l_x_yWxPy，其中x、y為質量分數，x=lf 14%、y=15^18%,鍍層厚度達毫米量級的塊體。二、本發明的制備方法具體如下
I、制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的噴射電沉積模具
該模具的上模和下模是用聚氯乙烯板制作的，并且上、下模外形相同。上模中間設有內腔，下模中間設有沉積腔，上模具內腔小于下模具的沉積腔。不銹鋼基板的形狀與非晶產品的形狀對應，并且尺寸大于上模內腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸。不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模具的沉積腔之中。上述不銹鋼基板的一端與外設絕緣漆的銅導電帶相連，該銅導電帶的另一端伸出下模具外。通過塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導電帶連接。上、下模具通過緊固螺栓結合成為一個整體的噴射電沉積模具。上述不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機械加工痕跡，洗凈后浸入7(T80°C、質量濃度15 20%NaC03溶液中，除油2 5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質量濃度5 10%的鹽酸溶液中活化f 2min，取出用純凈水洗凈待用。
2、配制上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的電鍍液
電鍍液是以水為溶劑，每升該溶液中含有硫酸鎳100-130g、氯化鎳10-20g、鎢酸鈉190-220g、次亞磷酸鈉40-50g、檸檬酸鈉210_230g、糖精4_6g。鍍液中，硫酸鎳為主鹽，提供鍍覆所需Ni2+ ;氯化鎳除提供Ni2+外，同時提供Cl—防止陽極鈍化；次亞磷酸鈉為鍍層中P的主要來源；鎢酸鈉為鍍層中W的主要來源；檸檬酸鈉為pH值緩沖劑，調節鍍液pH值，pH值在一定范圍內對鍍層P含量影響很小。3、安裝制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的鍍槽
將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼基板作為不溶性陰極板通過模具上的銅導電帶與直流電源負極相連，將純度為99. 9%的活化鎳板作為提供鎳離子的可溶性陽極與直流電 源正極相連，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中。離心泵兩端分別與兩根插入鍍液的非金屬管相連，并且與離心泵出液口相連的管路上設有控制閥和流量計，該管路的出口端朝向電沉積模具上模內腔。在鍍槽內還設有加熱器和控溫裝置。4、制備上述塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金首先開啟鍍槽內的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調至50-60°C。再開啟離心泵，通過流量計和控制閥調節鍍液的流速，使鍍液達到100-200m/s的噴射速度；通過調節電壓，使電流密度達到200-300A/dm2。隨時通過添加5% (質量分數)氫氧化鈉和10% (質量分數)鹽酸調節鍍液pH，嚴格控制鍍液的pH值4. Γ4. 6，以保證鍍層質量。當鍍層達到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個零件，從不銹鋼基板上剝離鎳-鎢-磷非晶合金。本發明與現有技術相比具有如下優點
I、由于本發明的噴射電沉積模具使用的不銹鋼板和聚氯乙烯板極易加工，可以根據所需的塊體非晶樣品形狀，加工噴射電沉積模具。2、通過改變鍍液成分和鍍覆工藝，可以制備所需成分、形狀和尺寸的塊體三元鎳-鶴-磷非晶合金。3、能夠制備具有三維尺度、大塊、鍍層厚度達毫米量級的塊體三元鎳-鎢-磷非晶
I=I -Wl O
圖I是本發明噴射電沉積模具主視剖面示意簡圖。圖2是本發明噴射電沉積工藝主視剖面示意簡圖。圖3是本發明實施例I制備的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金實物照片圖。
具體實施例方式實施例I
在圖I所示的本發明噴射電沉積模具主視剖面示意簡圖中，其是由上下兩塊外形相同的聚氯乙烯上模具I和下模具3組成，上下模具中間分別設有內腔和沉積腔，上模具內腔小于下模具的沉積腔。不銹鋼基板2的形狀與非晶產品的形狀對應，尺寸大于上模具內腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸。不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模具的沉積腔之中。在上述不銹鋼板的一端連接用絕緣漆絕緣的銅導電帶4，該銅導電帶的另一端伸出下模具外。上述不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機械加工痕跡，洗凈后浸入70°C、質量濃度20%NaC03溶液中，除油2min，取出用純凈水洗凈；然后放入質量濃度10%的鹽酸溶液中活化lmin，取出用純凈水洗凈待用。通過4XM4塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導電帶連接好。上、下模具通過6XM4均布緊固螺栓結合成為一個整體的噴射電沉積模具。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳100g、氯化鎳20g、鎢酸鈉190g、次亞磷酸鈉40g、檸檬酸鈉230g、糖精4g，其余為水。如圖2所示的本發明噴射電沉積工藝主視剖面示意簡圖中，，將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼板作為不溶性陰極板，將純度為99. 9%、100X 100 mm的活化鎳板作為可溶性陽極，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中，電源10正負極分別與上述活化鎳板9和電沉積模具8上的銅導電帶連接。離心泵12—端接插入鍍液的塑料管11，另一端接控制閥13，在接控制閥另一端的塑料管上設有流量計14。在鍍槽5內還設有加熱器及控溫裝置6。首先開啟鍍槽內的加熱器和控溫裝置，將鍍液溫度調至50°C，再開啟離心泵，通過流量計和控制閥調節鍍液的流速，使鍍液達到100m/S的噴射速度；通過調節電壓，使電流密度達到300A/dm2。隨時通過添加5% (質量分數)氫氧化鈉和10% (質量分數)鹽酸調節鍍液pH值為4. 4。當鍍層達到2 mm后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個零件，從不銹鋼基板上剝離出Ni74-Wll-P15非晶合金。如圖3所示，所制備的塊體三元Ni-W-P非晶合金表面光滑，厚度達到2. 1mm。實施例2
使用的模具和電鍍裝置均與實施例I相同。將不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#, 1000#水砂紙打磨，去除機械加工痕跡，洗凈后浸入75°C、質量濃度15%NaC03溶液中，除油5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質量濃度8%的鹽酸溶液中活化I. 5min，取出用純凈水洗凈待用。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳110g、氯化鎳15g、鎢酸鈉200g、次亞磷酸鈉45g、檸檬酸鈉220g、糖精5g，其余為水。首先開啟鍍槽內的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調至55°C，再開啟離心泵，通過控制閥調節流量計的流速，使鍍液達到150m/s的噴射速度；通過調節電壓，使電流密度達到260A/dm2。隨時通過添加5% (質量分數)氫氧化鈉和10% (質量分數)鹽酸調節鍍液PH值為4. 5。當鍍層達到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個零件，將不銹鋼基板上的Ni71-W13-P16非晶合金與基體剝離，其厚度達到2. O mm。實施例3
使用的模具和電鍍裝置均與實施例I相同。將不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#, 1000#水砂紙打磨，去除機械加工痕跡，洗凈后浸入80°C、質量濃度17%NaC03溶液中，除油4min，取出用純凈水洗凈；然后放入質量濃度5%的鹽酸溶液中活化2min，取出用純凈水洗凈待用。配制電鍍液，每升該溶液中含有硫酸鎳130g、氯化鎳10g、鎢酸鈉220g、次亞磷酸鈉50g、檸檬酸鈉210g、糖精6g，其余為水。首先開啟鍍槽內的加熱器和控溫裝置，將鍍液鍍液溫度調至60°C，再開啟離心泵，通過控制閥調節流量計的流速，使鍍液達到200m/s的噴射速度；通過調節電壓，使電流密度達到200A/dm2。隨時通過添加5% (質量分數)氫氧化鈉和10% (質量分數)鹽酸調節鍍液 PH值為4. 6。當鍍層達到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個零件，將不銹鋼基板上的Ni68-W14-P18非晶合金與基體剝離，其合金厚度達到1.9 mm。
權利要求
1.一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金，其特征在于其化學成分為Ni1(l(l_x_yWxPy，其中x、y為質量分數，1=1廣14%、7=15 18%，鍍層厚度達毫米量級的塊體。
2.上述權利要求I所述的一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的制備方法，其特征在于 (1)制備噴射電沉積模具 該模具是用聚氯乙烯板制作的，并且上、下模外形相同，上模內腔小于下模的沉積腔，不銹鋼基板的形狀與非晶產品的形狀對應，并且尺寸大于上模內腔尺寸，小于下模具沉積腔形狀尺寸，不銹鋼基板的厚度與下模具沉積腔深度相同，并置于下模的沉積腔之中，上述不銹鋼基板的一端與外設絕緣漆的銅導電帶相連，該銅導電帶的另一端伸出下模具外，通過塑料螺栓將上述不銹鋼基板、下模具和銅導電帶連接，上、下模具通過緊固螺栓結合成為一個整體的噴射電沉積模具； (2)配制電鍍液 電鍍液以水為溶劑，每升該溶液中含有硫酸鎳100-130g、氯化鎳10-20g、鎢酸鈉190-220g、次亞磷酸鈉40-50g、檸檬酸鈉210_230g、糖精4_6g ； (3)安裝鍍槽 將固定在上述電沉積模具上的不銹鋼基板通過模具上的銅導電帶與直流電源負極相連，將純度為99. 9%的活化鎳板與直流電源陽極正極相連，并將它們放入裝有上述鍍液的鍍槽中，離心泵兩端分別與兩根插入鍍液的非金屬管相連，并且與離心泵出液口相連的管路上設有控制閥和流量計，該管路的出口端朝向電沉積模具上模內腔，在鍍槽內還設有加熱器和控溫裝置； (4)制備塊體三元鎳-鶴-磷非晶合金 首先開啟鍍槽內的加熱器和控溫裝置，將電鍍液溫度調至50-60°C，再開啟離心泵，通過流量計和控制閥調節鍍液的流速，使鍍液達到100-200m/s的噴射速度；調節電壓，使電流密度達到200-300A/dm2，隨時通過添加質量分數為5%的氫氧化鈉和質量分數為10%的鹽酸調節鍍液PH，嚴格控制鍍液的pH值4. 4^4. 6，當鍍層達到所需尺寸后，斷電，取出電沉積模具，用水沖洗，拆分各個零件，從不銹鋼基板上剝離鎳-鎢-磷非晶合金。
3.根據權利要求2所述的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金的制備方法，其特征在于不銹鋼基板的工作面依次用400#，600#，800#，1000#水砂紙打磨，去除機械加工痕跡，洗凈后浸入7(T80°C、質量濃度15 20%NaC03溶液中，除油2 5min，取出用純凈水洗凈；然后放入質 量濃度5 10%的鹽酸溶液中活化f 2min，取出用純凈水洗凈待用。
全文摘要
一種塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金，其化學成分為Ni100-x-yWxPy，其中x、y為質量分數，x=11~14%、y=15~18%；其制備方法主要采用噴射電沉積方法讓非晶合金在模具上沉積，采用純度為99.9%的活化鎳板作為可溶性陽極提供鎳離子，根據非晶產品的形狀設計不同形狀的不銹鋼基板做不溶性陰極，將其固定于上述電沉積模具上，通過不同的鍍液成分和鍍覆工藝，制備出具有三維尺度、大塊、鍍層厚度達毫米量級的塊體三元鎳-鎢-磷非晶合金。
文檔編號C22C45/04GK102703840SQ201210165230
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者喬琪, 于金庫, 劉潤海, 康少明, 王凍凍, 王躍華, 祝文沙 申請人:燕山大學