[发明专利]一种化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层及其制备方法

说明书

本发明公开的化学镀Ni‑P‑石墨烯复合镀层的质量百分比组成为：P 8～14%，石墨烯0.01～0.5%，余量为Ni和不可避免的杂质；Ni‑P‑石墨烯复合镀层未经热处理的表面中，粒径在10μm以下的镍磷非晶胞的数量在所有镍磷非晶胞中的占比大于80%，表面针孔数10个·1000μmsupgt;‑2/supgt;；Ni‑P‑石墨烯复合镀层附着于镍镀层表面，镍镀层附着于基材表面。该镀层制备的工艺路线为：预处理→预电镀镍→水封→化学镀→钝化，预电镀镍处理增加了化学镀的初始形核点，促进了石墨烯均匀分散沉积，有效改善了镀层表面的孔隙缺陷，获得较细小粒径的镍磷颗粒及良好的镀层结合力，使镀层更加均质致密，有效提升镀层耐腐蚀性、耐磨性和硬度。

技术领域

本发明属于化学镀技术领域，具体涉及一种化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层及其制备方法，该Ni-P-石墨烯复合镀层兼具优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等特性，适用于铜合金基材，或其他需要镀层的基材。

背景技术

化学镀Ni-P镀层因具有优良的耐磨性和耐腐蚀性等特性，被广泛应用于工业领域。随着产品应用端需求的不断提高，传统的二元Ni-P镀层难以满足更严苛的性能需要，因此开展三元Ni-P-X复合镀层改善性能的研究成为必要。2004年石墨烯问世以后，由于特殊的结构赋予石墨烯优异的力学性能(拉伸强度：130GPa，杨氏模量：1TPa)、电学性能(电荷迁移率：200000cm²V^-1s^-1)和热学性能(热导率：5000Wm^-1K^-1)，研究发现石墨烯渗入Ni-P镀层能够改善镀层性能，具有较好的应用前景。

在化学镀Ni-P-石墨烯镀层过程中，由于石墨烯在镀液中溶解度极低，在溶液中处于悬浮状态，同时由于石墨烯独特的二维平面结构及其片层间较强的范德华力，石墨烯极易因团聚或褶皱而降低表面能，使镀层性能达不到预期效果。

化学镀过程中，为了在铜合金等基材表面形成活化中心以顺利进行化学镀，必须有催化镀液氧化还原反应的质点作为引镀。常规方法在化学镀之前，用还原剂SnCl₂和活化剂PdCl₂对基材进行敏化活化，使镀件上附着Pd粒子以启动化学镀。但通过该方法，在化学镀过程中发现游离的Pd粒子进入化学镀液会附着于槽壁，可能会引发镀液的自分解，即“爆槽”现象，从而导致镀液报废。更大的弊病在于仅仅依靠单个Pd质点作为化学镀激发源时镀液反应程度不够，加上石墨烯容易团聚，导致镀层结合及石墨烯在镀层上的沉积和分散不够，相应的石墨烯对镀层综合性能的改善达不到预期效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种兼具优异的硬度、耐磨性和耐腐蚀性的化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层，该Ni-P-石墨烯复合镀层的质量百分比组成为：P 8～14％，石墨烯0.01～0.5％，余量为Ni和不可避免的杂质；所述的Ni-P-石墨烯复合镀层未经热处理的表面中，粒径在10μm以下的镍磷非晶胞的数量在所有镍磷非晶胞中的占比大于80％，表面针孔数10个·1000μm^-2；所述的Ni-P-石墨烯复合镀层附着于镍镀层表面，所述的镍镀层附着于基材表面。

本发明化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层中，P元素具有提高镀层性能的作用。当镀层在空气中暴露30min，P元素会与Ni元素在镀层表面形成一层Ni₃(PO₄)₂的钝化膜，提升耐腐蚀性。镀层经适当热处理后转变为Ni₃P相有利于提高硬度及耐磨性。本发明化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层中P含量控制在8～14％。若P含量低于8％，镀层具有一定晶态特征，晶粒和晶界明显、位错缺陷较多，耐腐蚀性不佳；若P含量大于14％，镀层硬度和耐磨性降低。本发明化学镀Ni-P-石墨烯复合镀层中P含量优选10～14％，进一步优选11～13％。