复合镀研究的新进展
纳米复合镀层的研究历程
关
键
词： 纳米粒 子 ；复合镀 层 ；复合 电沉积 ； 学复合 镀 ； 化 耐磨 性 ； 腐蚀性 耐
文 献标 识码 ： Ａ
中图分类 号 ： Ｑ ５ ．９ Ｔ １ ３ １
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｏ ｒ ｅ ｏ ｅ ｔ ０ ｅ Ｏ ｉｅ ｎ ｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｕ ｓ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ｄ ａ ｄ Ｅｌ ｃ ｒ ｌ ｓ Ｎａ ｏ ｏ ｐ ｓｔ ａ ｉ ｓ ｎ ｃ ｍ ｏ ｉｅ Ｃｏ ｔ ｎｇ
２ １ 年６月 ０２
电 镀 与 精 饰
第 ３ 卷第 ６ 总 ２１ ４ 期（（ ０ ２ ０ －０ ５ ０ １０ －８ ９ ２ １ ） ６０ ２ － ５
纳 米 复 合 镀 层 的 研 究 历 程
郭 崇 武
（ 广州 超邦 化工 有 限公 司 ， 广东 广州 ５０６ ） １４０
ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅ；ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔｎ ｅ
引 言
纳米 材料是 ２ ０世纪 ８ ０年代发 展起 来 的新 型材
镀 层 。与普 通复合 镀 层 相 比， 类镀 层 具 有 更优 异 这 的性能 ， 因而 制备 纳米 复合 镀 层 已经 成 为 近 年来 国 内外竞 相 研 究 的 热 点 。 目前 已 经 制 备 出多 种 具 有 不 同功 能 的纳米 复合 镀 层 ， 分 工 艺 已应 用 于 生产 部 实践 中。制 备 纳 米 复 合 镀 层 可 以 提 高 金 属 或 合 金 耐磨损 、 耐擦 损 和抗 蠕 变 的性 能 ， 高 耐 腐 蚀性 、 提 高 温强度 和 高温 抗 氧化 性 ， 为 干性 自润 滑 镀 层 、 作 电
电沉积锌基复合镀层的研究现状
电沉 积 锌 基 复 合 镀 层 的 研 究 现 状
沈 晓 虹 刘 烈 炜 （ 科 大 化 系 武 ３ ７ 华中 技 学 学 汉４ ０ ） ０４
摘 要 综 述 了近几 年 国 内外用 电沉 积 方法 制备 锌基 复 合 材料 镀 层 的工 艺 及 应 用 情 况 ， 一 元 锌 基 复合 镀 对
Ｋｅ ｏ ｄ Ｅｌｃ ｒ ｄ ｐ ｗ ｔ ｎ Ｚｉ ｃ ｍａ ｒｘ ｃ ｍｔ ｘｉ ｏ ｔ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ￣ｖ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅ ｃ ｉｏ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｏ ｘ ｓｔ ｃ ａ ｅ ｃ ｎ ｌｇ
复合 镀 锌 是 在 镀 件 表 面制 备 复合 材 料 镀 层 的
ｉ 术
３Ａｄ 。 ０ ／ｍ
对 该 工 艺 条 件 下 获 得 的 Ｚ — 复 合 镀 层 进 行 ｎＡ１
耐蚀 性 测 试 ， 果 表 明 ， 耐蚀 性 比通 常 的 电镀 锌 结 其
１ 在 盐 雾 腐 蚀 试 验 中 ，热 镀 锌
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ
Ｔｈ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ｔ ｎ ｏ ｌｃ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ｄ ｚｎ ｔ ｉ ｏ Ｆ ｓ ｔ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉｗｅ ｎ ｈ ｒ ・ ｅ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｐ ｌ ａ ｉ ｆｅｅ ｔｏ ｅ ｏ ｉ ｉ ｃ ｍａ ｒｘ ｃ ｍ ｏ ｉｅ ｃ ａ ｓａ ｅ ｒ ｖｅ ｄ ａ ｄ ｔ ｅｐ ｏ ｃ ｏ ｅ
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第 ｌ ７卷 第 ４期
…
材
料
开
发
与
应
用
２０ ０ ２年 ８月
文 章 编 号 ： ０ ３ １ ４ （０ ２ ０ —０ ８０ １０ —５ ５ ２ ０ ）８０ ３ ．５
ｉ ｝ 综
Ｌ — 、— 、 、
Ni-P-SiC复合镀工艺及镀层性能研究
２ ４ 镀层 结 合力 ．
图 １ ＳＣ＝ ／ ｉ ４ｇ Ｌ复合镀层 图 ２ ＳＣ＝ ／ ｉ ８ｇＬ复合镀
（ ３ ｔ ４～１ ／ 。 ２～ ｍ） ￣ ２ｇ Ｌ
１ ３ 测 试 ．
粒， 通过搅拌使之充分悬浮， 在基体上沉积 ＮＰ合金 ｉ 的 同时包覆 悬浮 的微 小 ＳＣ颗 粒 就 可得 到 Ｎ——ｉ ｉ ｉ ＳＣ Ｐ 复合镀层。这种复合镀层可以在保持原有良好性能 的基础上 ， 使其耐磨性能大幅度提高 ， 可超过硬铬的 几倍甚至几十倍 ， 在耐磨性能较高的场合非常有意 义， 可显著提高磨损件 的使用寿命 ， 从而具有更为广
中图分 类号 ： Ｇ ７ ．４ Ｔ １４ ４ ２ 文献标 识码 ： Ａ
化学镀镍是指在没有外加电流的情况下 ， 利用
还 原剂在 活化 零件 表 面上 自催 化 还 原 沉 积得 到 Ｎ— ｉ Ｐ镀 层 的方 法 。Ｍ— 学 镀 由于 具 有 良好 的 耐 蚀 Ｐ化
１， ）打磨 、 超声波洗、 干燥称重 、 酸洗活化。
２ 结果及 分析
２ １ 镀 层组 织形 貌观 察结 果 ．
将 碳化 硅粒 子悬 浮在 镀液 中 ， 加 热情况 下 ， 在 镀
液 中的次亚磷酸钠与氯化镍反应生成镍磷合金 ， 这 种合金与悬浮的碳化硅粒子一道析 出， 同沉积在 共 试样表面上 ， 形成 了 Ｎ——ｉ ｉ Ｓ Ｐ Ｃ复合镀层。碳化硅颗 粒的共沉积 ， 改变 了镍磷合金的表面形貌 ， 随着碳化 硅 的镀 液 中添加 量 的增加 ， 镀层 粗糙 度 提高 。 图１ ～图 ３分别是连续搅拌镀时 Ｓ ｉ Ｃ浓度 为 ４ ｇＬ ８ｇＬ １ ／ ／ ， ／ ，２ｇ Ｌ时 Ｎ——ｉ ｉ Ｓ Ｐ Ｃ复合镀 层 的表 面形 貌。图中 白色区域为覆盖 了 Ｓ ｉ Ｃ粒子 的 Ｎ— ｉ Ｐ镀层 ， 而黑色部分为裸 露于表 面， 即镶嵌在 Ｎ— ｉ Ｐ镀层 中 Ｓ ｉ Ｃ颗粒。可 以很清楚地看 到 ， 随着 Ｓ ｉ Ｃ浓度 的增 加， 镀层 表 面 的 ＳＣ颗粒 含 量 也 明 显地 增 加 。而 图 ｉ ４是 ＳＣ浓度为 ６ｇＬ的制样的金相试样。左侧为 ｉ ／ 基体材料 ， 中间为镀层 ， 可以看 到 Ｎ— ｉ Ｐ镀层里均匀
电刷镀多层复合镀层的应用研究
３
试验结果与分析
３１ 复合 电刷镀层 的显微组织 ． 电刷镀 多层 Ｎ 一ｒ ， ｚ 复合镀层 的内部显微组 ｃＯ 织如 图 ｌ ，） （ ｂ所示 。 图中可见 Ｃ Ｏ 粒子分布均 ａ 从 ｎ ３
作者■舟：顾卓明 （ ４ 一ｊ 男， １ ５ ， 教授， ｑ 博士 投●日期 ： ０ ］ ０ — ９ 圄 日 ： ０ ２ Ｏ 一 ９ ２０ 一 ８ １ ． 期 ２ ０ 一 Ｉ ０
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电刷 镀多层复合镀 层的应用研究
顾卓 明等
电刷 镀 多 层 复 合 镀 层 的 应 用 研 究 木
顾卓 明，黄婉娟
ｒ 上海 海运学 院，上海 ２０３） ０ １５
摘
要： 用电刷镀研制具有层状结构的 Ｎ— ｒ 。 ｉＣ 复合电刷镀层 ， ｏ 采用碱铜层作为中间过渡层； 研究了多层复台镀
关键 词：电刷镀；复合镀层； 硬质粒子；耐磨性；显微组织 中国分 类号 ： Ｑ ５ ，Ｔ ５２ Ｔ Ｉ３ Ｇ ０ 文献标 识码：Ａ
文 章编 号 ：１０ — ２９ ０２ １ ０４ — ３ ０７ ９８（ ０ ） — ０２ ０ ２ ０
１ 引
言
电刷镀金属多层复台镀层 的工艺 流程为 ：５ ４
磨损试验装置 为 Ｍ一２０型磨损 试验机 。 ０ 上试
样 １ ｍ ×１ ０ｍ ０ｍｍ×１ ０ｍｍ有镀层 ； 下试样为 ４ ＃ ５ 钢 ｍｍ×１ ｍ 圆环 ， ４ ￣４ Ｒ ０ｍ ５ ８Ｈ Ｃ。试验 条件为 ：转速 ２ ０ｒｍ（ ２Ｉ， ，负荷 ３ ０ ｐ ０４ ｎｓ ） ＯＮ，讯
中国表面工程 ２０ ０ ２年第 １ （ 第 ５ 期 总 ４期）
４ ３
匀 、 与 基体 结 合 良好 。
图 ３ａ ）分别为 电刷镀 多层 Ｎ — ｆ （，ｂ ｉ ： 复合 ｃ ｏ 镀层 与 Ｎｉ 镀层 的表面形貌 ，复合 电刷镀层 比 Ｎ ｊ 镀层 的结 晶晶粒 要细小 、均匀和致密 。上述观察 表明 ，复合镀 层 中的固体粒 子对于 晶粒 生长具有 明显的细化作 用 ，同时镀 层中 的多层 结构有利于
ABS表面Ni-P-SiC纳米复合镀层工艺及性能研究
（ ａ ｕｔ ｆＭ ａｅｉｌａ ｄ Ｅｎ ｒ ｙ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ ６ Ｆ ｃ ｌｙｏ ｔｒ ｎ ｅｇ ， ａ ｇ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｇ ｈ ｕ５ ０ ０ ） ａ
ｏ ｌｃｒ ｐａｉｇｃ ｍｐ ｓｔ — － ｉ ｎ ｎＡＢＳｐａ ｔ ｒ ｏ ｆ ｍｅ ． ｃ ｒｉｇ ｔ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｈ ｕ ｆｃ ｏ ｏ ｒ — ｆｅｅ ｔｏ ｌｔ ｏ ｏ ｉ Ｎｉ ＳＣ（ ）ｏ ｎ ｅ Ｐ ｌｓｉ ａｅｃ ｎ ｒ ｄ Ａｃｏ ｄｎ ｔ ｅａ ａｙ ｉ ｆ ｅｓ ｒａ ｅｔｐ ｇ ａ ｃ ｉ ｏ ｔ
ｍ ｉ ｄ ｐ ｏ ｅ ｓｃ ｎ ｂ ｌ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｗｉ ｈ Ｓ ｐ ａ ｔｃ ｓ ｂ ｔａ ｅ Ｔｈ ｏ ｏ ｉ ｏ ｔｎ ａ ｅ ｗｅｌｃ ｍｐ ｃ ｎ ｚ ｒ ｃ ｓ ａ ｅ ｗｅ ｌ ｏ ｉ ｅ ｔ ｔ ｅ ＡＢ ｌ ｓｉ ｕ ｓ ｒ ｔ ． ｅ ｃ ｍｐ ｓｔ ｃ ａ ｉ ｇ ｃ ｎ ｂ ｌ ｏ ａ ｔａ ｄ ｅ ｈ ｅ ｗｅｌｐ ｏ ｏ ｔ ｎ ｄ ａ ｄ ｉ ｃ ｏ ｈ ｒ ｎ ｓ ａ ｅ ｃ ５ ＨＶ． ｌ ｒ ｐ ｒ ｉ ｅ ， ｎ ｔ ｍｉｒ － ａ ｄ ｅ ｓ ｃ ｎ ｒ ａ ｈ ９ ２ — ｏ ｓ
ｃ ２ ｆ ｕ ｒｎ ｅ ｓ ｙ ａ ｄ １ ０ ｒ ｒｉ ｆ ｈ ｘｎ ｐ ｅ ． ｈ — — ｉ ａ ｃ ｃ ｍｐ ｓ ｅｃ ａｉ ａｎ ｄ ｆ ｍ ｉ ｏ ｔ ｒ ｒ ｅ ｔ ｎ ｉ ｎ ０ ０ ／ ｎ ｏ ｅｍｉｉ ｓ ｅ ｄ Ｔ ｅ Ｐ ＳＣ ｎ ｎｒ ｏ ｏ ｉ ｏ ｔ ｇ ｇ ｉ ｒ ｔ ｓ ｐ ｉ ｎｏ ｃ ｄ ｔ ａ ｔ ｇ Ｎｉ ｔ ｎ ｅ ｏ ｈ —
纳米复合电刷镀技术
操作工艺有 关。 ６纳米复合刷镀层性能
纳米 耐磨复合刷镀层 主要是在基础镀 液中加入氧化铝 、 （ ３ ） 纳米粒被沉积在 阴极上 的金属镀层镶 嵌。粘 附与 阴 氧化硅 、 氧化钛 、 碳化硅、 金 刚石 、 石墨碳纳米管等纳米颗粒 ， 极上的纳米粒子必须 能停 留超过一 定的时间，才有可 能被 电 当微粒均匀弥散 的分布在镀层 中时，能有效的细化刷镀层的 沉积的金属俘获 。因此 ，这个步骤还 与镀笔和流动 的镀液对 晶间组织， 提高刷镀层 的硬度 、 耐磨性、 抗疲劳和抗高温性 能。 吸附于阴极上 的纳米粒子 的冲击作用 ，以及金属 电沉积 的速 下面就 以 ｎ － Ａ ｌ ｚ Ｏ ｎ纳米镀层和快速镍镀层为例 ： 度等因素有关 （ １ ） 硬度
属离子在电场力的作用下游 离到工件表面 ， 获得 电子被还原成 相对速度 ｌ ２ － １ ５ ｍ／ ａｉ ｒ ｎ 。 ５ 纳 米复合 电刷镀 技术特点 金属原子， 复合镀液中的纳微米粒 子与金属离子发生共沉积 ， 形成复合镀层。随着刷镀时间的累积 ， 刷镀层逐渐增厚 。 纳米复合 电刷镀技术不同与普通 电刷镀技术的独特特 点；
学模型 。在这方面的研 究主要是借鉴复合 电沉积机理的研究 附机理和电化学机理解释 ， 结合电刷镀的工艺特 点， 纳米粒子
与 金 属 的 共 沉 积 过程 如下 ：
（ ２ ）复合镀层组 织更致密、 晶粒更细小 ， 基相组织 由微晶 （ ３ ） 镀层 的耐磨性 、 高温性等综合性能远远优于同种金属
纳 米 复合 电刷镀 技术
徐立鹏
（ 聊 城 大 学汽 车与 交通 工程 学院 山 东 ・ 聊城
摘
的应用前景。
镍_金刚砂复合电镀的实验研究
阳<
Α
/ /
8
/1
同上 表 面 较 平 有 少 量 细 麻 坑 结 合 力 牢固 表 面 不 平 麻坑多 结合较差
、 、 、
;
7; //
1 1
8
;
2
表 面 不 平 麻 坑 多 且 大 有 孔 洞 镀层 易剥 落
、 、
、
温度
℃
3;
≅;
/1
7/ 2
≅0Δ
≅ΔΔ
≅ϑΔ
表 面 平 整性 差 无 麻 坑 孔 洞 结 合 力 较 差
一
中 图 法分 类 号
2
3 4∀ 5 5 %
∃
6
前言
复合 电 镀是 国 外 + 年 代开 始 研 究 7 年 代 已 应 用 到 汽 车 工 业 的 热 门 技术 . .
,
。
我 们国 家
. 8 年代 开 始试 验 研 究 但 只 应 用 到 切 削 工 具 上 我 们 经 过 二 年 研 究 用 于 制 造 和 修 复 石 油
; ≅ ℃ 时 镀层 微粒 含 量在 : Ε 左 右 , Τ
,
,
; ≅ ℃ 时 虽 然 微粒 含 量 高 镀 层 的 平 整 性 和 结 合
,
,
扭 蜘 味 如 翻 畜
; 力 变差 当 , Τ ≅
。
℃ 时 微 粒 含 量 随 温 度 的增 加
,
而减少
。
这种 现象 是 热 运 动 与 微粒 悬 浮 性 能 的
、
,
,
・
电 3
8
大
庆
石
油
学
院
学
报
第
/0
先进电刷镀技术和新型镀层[论文]
先进电刷镀技术和新型镀层摘要电刷镀技术因具有较多优点得到广泛应用，其研究也随着生产需要和生产技术的发展而不断发展。
本文从电刷镀设备、镀液和工艺三个方面论述了电刷镀技术研究的新进展及其应用领域和应用范例，并简要介绍了几种新型镀层材料。
关键词电刷镀新型镀层研究应用中图分类号：tq153 文献标识码：a0引言电刷镀由电镀发展而来，随着刷镀新技术及与其他修复技术的联合应用以及新型镀层的开发，原来刷镀层的“低载、薄层、低温”界限已被突破，“重载、厚层、高温”刷镀层的应用与日俱增，显示了电刷镀技术和新型镀层的巨大潜能。
无论采用新工艺完善电刷镀技术还是研究新型镀层促进刷镀技术进步，电刷镀都能极大的提高材料科学的新进展，为材料科学进步提供强大的动力。
1电刷镀技术和新型镀层研究的新进展电刷镀使用专门研制的刷镀溶液、各种形式的镀笔和专用的电源，其技术的研究与应用进展主要涉及三个方面：电刷镀设备、镀液和工艺。
与单一镀层相比复合镀层具有更好的物理机械性能，能够在较大程度上满足生产生活的需要，随着科技的进步新型纳米材料进入了人类的生活，性能更加优异的纳米复合镀层的开发与研究已经成为当今现代表面镀覆技术研究的一个热点和焦点。
1.1 电刷镀设备方面目前国家更加重视开发各种类型的刷镀电源，随着研究深入，已经开发出全自动的电刷镀电源完全取代了手工调试，通过计算机控制系统自动调整金属离子的还原速度和晶粒的长大过程，刷镀层的质量将更加可靠，刷镀层的性能将上一个新的台阶。
其次，便携式刷镀电源也是重点，这类电源重量轻、尺寸小，能实现超载保险，精确控制，具有指示镀层厚度、数字显示等多种功能。
这些电刷镀设备的研究和应用发展都为电刷镀的整体发展提供了良好的基础。
1.2 电刷镀镀液方面目前电刷镀镀液的品种不断增多、更新，其中复合镀液是一个重要的发展方向，这也是一种获得复合材料的新方法。
以甲基磺酸盐为主盐的新型刷镀液的启用，不仅能降低镀液对基体的腐蚀，加快沉积速率，而且镀层平滑致密，是性能较高的低氢脆刷镀层。
镀金工艺的研究进展
镀金工艺的研究进展
科技风 "#"$ 年 $$ 月
詹秀玲4徐佩琳4马 进4孙 滔4杨富国!
佛山科学技术学院环境与化学工程学院!广东佛山!"#*%%%
摘4要本文重点介绍了氰化物镀金无氰镀金工艺综述了每种镀金工艺的基本组成镀金工艺参数等因素对镀层 和镀液体系性能的影响 在无氰脉冲电镀金铜合金工艺中镀层含有铜金元素镀层表面无裂纹平整性好孔隙率低 细致均匀镀层耐蚀性强结合力好硬度高镀液稳定性好电流效率高 对相关镀液体系中金的电沉积行为进行了总 结并对未来无氰电镀金工艺的发展方向进行了展望
&"&
理论研究
科技风 "#"$ 年 $$ 月
度均匀性的因素"通过单因素对比实验"研究阴极触点数 量&电场屏蔽板 开 孔 尺 寸& 旋 转 桨 与 晶 圆 间 距 和 旋 转 桨 转 速等因素对镀金层厚度均匀性的影响及其影响机理% 当 阴极触点数量为 $) 个"电场屏蔽板开孔尺寸为 0%RR"旋 转桨与晶圆的间距为 (RR"旋转桨转速为 $<%Q*R/- 时"可 得到最优的 3 英寸'$ 英寸 h)&93RR( 晶圆双面电镀金厚 度均匀性% 当电镀工艺目标镀层厚度为 3$R时"晶圆双 面镀层厚度均匀性可控制在 9:以内% 实验结果表明"晶 圆双面挂镀设备即可满足晶圆双面同时电镀"也可满足高 端芯片封装对镀层厚度均匀性的要求%
易"钛合金最难% 不锈钢和钛合金需要先镀上一层其他金 属' 打底层( %
镍基自润滑复合镀层的研究进展
种 固体润 滑剂 微粒 制 备 的 复合 镀 层 ， 具 有 良好 的 则
自润滑 功能 。本文 主要对 国内外 自润滑 复合 镀层 的 研 究进 展进 行 了简 要概述 。
１ 沉 积 微 粒 的基 本 性 质
对 于镍 基 自润 滑 复 合 镀 层 ， 化 硼 、 四 氟 乙 氮 聚
复合镀 层则 可 以大 大 提 高合 金 镀 层 的耐磨 性 、 蚀 耐
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ： Ｃ ｍｐ ｓｔ ｏ ｔｎ ｓ呲 ｏ ｏ ｉ ｃ ａｉ ｇ ｅ ｗｉｅｙ ｃ ｎｃ ｍｅ ｂ ｕ ｕ ｏｔｅｒｅ ｃ ｌｅ ｔａ ｔ— ｏｒ ｓｏ ｄ ｌ ｏ ｅ ｄ ａ ｏ ｔｄ ｅｔ ｈ ｉ ｘ ｅｌｎ ｎ ｉｃ ｒｏ ｉｎ，ａ ｔ— ａ ｎ ｅｆｌ ｂ ｃ ｔｎ ｒ ｐ ｒｉｓ，ｅｃ． ｎ ｉｗｅ ｒａ ｄ ｓ ｌ ｕ ｒ ａｉ ｇｐ ｏ ｅｔｅ － ｉ ｔ
梁
平 （ 宁石 油化工 大 学 机械 工程 学 院 ， 宁 抚顺 ｌ３０ ） 辽 辽 １０ １
Ｌ ＡＮＧ ｉ ｇ Ｉ Ｐｎ
（ｃｏｌ ｆ ｅｈｎ ａ Ｅ ｇｎｅｉｇ Ｈａｎ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｏ ｕ ＆ Ｃ ｅ ｉａ Ｔ ｃｎｌ ｙ ｕｈｎｌ３ ０ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｏ Ｍ ｃａｉ ｌ ｎｉ ｒ ， ｏｉ ｎ ｅ ｉ ｆ ｔ ｌ ｍ ｃ ｅ ｎ ｎ ｖ ｓｙ Ｐ ｒ ｅ ｈｍ ｃｌ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｆ ｓｕ １０ １ ｈ ） ｏ ｎ
性 、 饰性 和 自润滑 等性 能 。因此 ， 装 近些 年来复合 电 镀工 艺和 研 究 在 表 面 工 程 研 究 领 域 中 占有 重 要 地
烯 、 纳米 管 、 碳 二硫 化钼 等 固体 润 滑剂 是 目前 国内外
研 究 的重点 。
１ １ 氮化 硼 ．
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收稿日期:2005-02-14 第一作者简介:常立民(1966-),男,吉林省农安县人,现为哈尔滨工业大学应用化学系博士研究生,吉林师范大学分析测试中心教授.研究方向:金属材料及表面处理.
2005年5月吉林师范大学学报(自然科学版)№.2第2期JournalofJilinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)May.2005
复合镀研究的新进展常立民1,2,安茂忠1,石淑云2(1.哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨150001;
2.吉林师范大学分析测试中心,吉林四平136000)
摘 要:
综述了近年来化学沉积和电沉积制备耐磨减磨、耐腐蚀、自润滑、催化等复合镀镀层的新进展,预见了
今后复合镀研究的发展趋势.
关键词:
复合镀层;耐磨;自润滑;发展趋势
中图分类号:TQ153 文献标识码:A 文章编号:
1000-1840-(2005)02-0013-04
复合镀是用电沉积(电镀)或化学沉积(化学镀)方法使金属与固体颗粒(或纤维)等共沉积以获得复合镀层的工艺.通过这种改变基质金属和分散微粒方法可获得具有高硬度、耐磨性、自润滑性、耐热性、耐蚀性和特殊功能的复合材料.在航空、航天、机械、化工、轻工及军工等方面有广泛的应用.用电镀或化学镀制备复合材料具有独特的优点:制备过程温度低、投资少、复合镀层组成多样化、节省材料等.因此,复合镀是制备复合材料的一个重要方法,近年来有了快速的发展,本文拟就复合镀研究作一概述.
1 制备高硬度、耐磨镀层机械运动伴随着磨擦与磨损,每年因此原因造成的损失巨大.通常采用表面硬化和减少磨擦系数两种方法来提高材料耐磨性.SiC、Al2O3、SiO2、BN、S3N4、Cr2O3、WC等、金刚石粉、碳纳米管等分散微
粒与镍、钴、铬等基质金属形成各种镀层具有较高硬度和优良的耐磨性.
1.1 碳纳米管复合镀W.H.Chen研究了化学Ni-P-碳纳米管[CNTs]复合镀工艺及镀层的磨擦特性.CNTs与合
Ni-P金基质共沉积,得到的镀态镀层仍保持Ni-P合金镀层非晶态结构,Ni-P-CNTs复合镀层的
硬度提高,磨擦系数和磨损量显著降低.在400温度下,热处理2h,可提高镀层的硬度,见表1、表2.
表1 复合镀层的微观硬度(Hv)化学复合镀层类型镀 态热处理400℃Ni-P467960Ni-P-SiC5501060Ni-P-石墨472980Ni-P-CNTs5201035
表2 Ni-P-CNTs镀层磨擦特性与Ni-P、Ni-P-SiC、Ni-P-石墨镀层比较
镀层类型400℃热处理后磨损量/mg磨擦系数镀 态磨损量/mg磨擦系数Ni-P32.40.10215.60.090Ni-P-SiC8.50.1243.50.092Ni-P-石墨10.10.0774.30.067Ni-P-CNTs6.20.0632.60.061
镀层中引用碳纳米等改善了材料的硬度和耐磨、减摩性能,原因是纳米管的优异机械特性和独特的中空结构.当复合镀层与其他层相互摩擦时,纳米管的高弹性、高拉抻张力特性发挥了作用.
陈小华等利用碳纳米管作为增强相制备了镍基复合镀层,并对其表面形貌和摩擦磨损性能进行了探讨.结果表明:碳纳米管均匀地嵌镶于基体中,且端头露出,覆盖于基体表面;镍基复合镀层具有优良的耐磨性和自润滑性,可以显著改善金属表面的耐磨和减摩性能;复合镀层优良的耐磨和减摩性能归因于碳纳米管的超强超韧特性和自润滑性能,碳纳
—31—© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net米管以网络和缠绕形态分布于复合镀层基体中,使复合镀层在摩擦磨损过程中不易脱落拨出.1.2 铬复合镀硬铬具有极高的硬度和良好的耐磨性,但电沉积铬过程中非常难与其他物质形成复合镀层或合金.文献介绍了一种在铬基中电沉积制取复合镀的有效方法.圆筒状极套在圆柱型工件外面,含有固体微粒的镀铬液从两者之间的流过.流动速度可在1.0～70m/s、电流密度可在20～400A/dm2调节;文献[9]用Si3N4为复合分散颗粒制取铬复合镀层,铬层中可含有3～15%的体积含量的Si3N4.1.3 特殊工艺制备耐磨复合镀特殊工艺制备耐磨复合镀层是的近年来研究的一个热点,Wun-HSingLee等用脉冲电沉积方式制取镍—纳米金刚石复合镀层.当镀液中含有40g/L金刚石粉时,复合镀层硬度可达611Hv,高于用直流沉积得到的复合镀层,摩擦系数降至0.16,原因在于用脉冲技术可使镀层结晶细化.张伟等用电刷镀制取复合镀层,纳米颗粒的弥散强化作用,可有效把改善镀层的生长、减少内应力,提高镀层的显微硬度;先用镍包覆纳米Al2O3颗粒之后电刷镀制取Ni-Al2O3复合镀层,可有效提高镀层中含量和分散均匀性.2 制备氢选择性渗透膜选择性渗透膜是工业上分离混合气体提取氢和纯化氢的有效手段.高质量的渗透膜应具有对氢的选择性、渗透性,而且兼具有良好热稳定性和机械强度.最常用的渗透膜是钯或钯合金薄膜,化学镀钯于多孔物质材料上制取复合渗透膜,成为复合镀应用研究的另一热点.2.1 钯及其合金复合镀文献中介绍多孔物质用凝胶—溶胶工艺活化,之后进行化学镀钯.当钯复合膜厚达到1um时,膜已经很致密了.对氢的选择性可控制在20～30H2/N2;氢的流量:1.8～87m3/m2・h具体工艺:乙酸钯—3.37g/L,EDTA—35.2g/L,氨水(25%)—182g/L,肼—1.03g/L,pH—10.5,施镀温度—室温.另外,改变施镀条件,可以提高镀层质量[12,13]:A.提高施镀温度到50℃,将镀液放在密封容器内增加施密度时天气压力,复合镀层内孔从常规方式的0.44um变小到0.23um,内孔均匀地全部覆盖上了钯层.B.常规化学镀钯膜钯有许多缺陷,用渗透技术伴随二次化学镀可以有效地解决.2.2 代钯复合镀钯和钯合金复合镀膜用于氢选择性渗透膜,有一定限制,这种膜价格昂贵、使用过程易产生氢脆等,文献提出用化学镀Ni-B-Al2O3代替.为了提高Ni-B合金在陶瓷内孔上沉积,先用胶皮帽封闭于陶瓷管一端,另一端用胶管连至真空泵上,真空度达到37.5mmHg,然后,将胶管放入水中,去除陶瓷内的残余空气.采用如下工艺施镀:氯化镍—30g/
L,乙二胺—60m/L,硼氢化钠—1.5m/L,氢氧化钾—20m/L,硫酸镉—0.6mg/L,温度—90℃.复合镀层与传统方法制取的镀层比较,有更高的选择性和氢渗透性.
3 制备自润滑镀层固体润滑剂的微粒与金属共沉积制得的复合镀层,因磨擦系数小,镀层本身的磨损少,作为滑动零部件的表面自润滑镀层,特别在高温、高速作用下,
效果非常理想,而通常的润滑剂容易失效.自身具有润滑性能的微粒有MoS2、石墨、氟化石墨(CF)n、聚四氟乙烯(PTFE)、BN等;常用的基质金属有镍和铜等.
3.1 MoS2复合镀
Vest等曾在氨基磺酸镀镍液中加入预先与镀液充分混合的MoS
2,于激烈搅拌下得到含20%
～
80%MoS2(体积分数)的Ni-MoS2镀层.其典型工
艺为:Nh(NH
2SO3)2320g/L,H3BO334g/L,MoS2
0.25～20%,pH2～5,Dk2.5A/dm2,T45℃.
3.2 氟化石墨(CF)n复合镀与石墨比较,(CF)n即使在高温、高压、高速的磨擦状态下,仍然能保持良好的磨擦性能,其磨擦系数并不因温度的变化而显著改变.含氟化石墨(CF)n10%～15%(体积分数)的Cu-(CF)n和Ni-(CF)n复合镀层具有优良的耐磨性和耐磨擦性.
3.3 聚四氟乙烯(PTFE)复合镀
利用聚四氟乙烯(PTFE)的优良的减摩、润滑性,获得的含PTFE10%～15%(体积分数)的Ni-
PTFE复合镀层,其硬度(H1)为500～600,它不仅
具有优良的润滑性,而且防水、防油、脱模性好,可使用在塑料成型用模具、汽车和机械零部件、阀门、玻璃瓶制造用铸模具等方面.例如,含有PTFE的镍基复合镀液为:NiSO4・7H2O280m/L,NiCl2・6H
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m/L,H3BO340m/L,PTFE50m/L,添加剂适量,pH4.2,T45℃,Dk4A/dm2.3.4 六方晶系的BN复合镀六方晶系的BN是具有优良耐热性和耐氧化性的润滑剂,用电镀方法获得的复合镀层具有比Ni-
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© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.netP、Ni-P-SiC、硬铬镀层低的磨擦系数,而且在加热状态下仍能保持润滑性能,可用于高温磨擦表面.4 制备耐腐蚀镀层在多层镍铬体系中应用的镍封闭工艺,将纳米级或微米级陶瓷颗粒与镍共沉积,外面镀覆一层薄铬,配合使用,使腐蚀电流分散从而提高耐蚀性.4.1 锌基复合镀文献中提到锌基质复合18nm级的二氧化硅的镀层结构致密,孔洞少,与钢基体结合牢固,镀层内Si含量分布均匀,耐蚀性比纯锌镀层高1倍以上.用于汽车等的镀锌钢板,要求有较高的耐蚀性;为了提高镀锌钢板的涂装性,并使其具有较高的耐蚀性,现采用与涂装有较好亲和性的有机高分子微粒,如粒径为0.1-2.0μm的环氧系、苯酚系等树脂,获得Zn-有机结合力.如采用酚醛树脂微粒与锌的共沉积,其工艺为:ZnSO4・7H2O450m/L,NH4Cl15m/L,H3BO330m/L,非离子表面活性剂适量,酚醛树脂微粒(平均粒径2-3μm)30m/L,pH4.5～5,T50℃,Dk10A/dm2.4.2 合金基复合镀王孝容等研究电沉积制取Zn-Ni-TiO2镀层.在氯化钾镀液中获得0.4～2.1%的二氧化钛固体微粒和1.2～3.1%的光亮细致复合镀层.镀层钝化膜色泽鲜艳,耐蚀性是普通镀锌层的2-4倍.文献化学镀Ni-P/CeO2复合镀层耐蚀性优于Ni-P合金层,Ni-P镀层表面存在许多细微的针孔,而在Ni-P/CeO2复合镀层上则均匀分布着CeO2颗粒,同时镀层表面针孔缺陷的数目明显减少.在溶H2SO4(0.5mol)液中的极化曲线显示,Ni-P和Ni-P/CeO2镀层腐蚀电位分别为-164mV(SCE)和-48.6mV(SCE),腐蚀电流分别为0.126mA/cm2和0.032mA/cm2.5 复合镀发展趋势5.1 纳米复合镀纳米颗粒型材料、纳米固体材料、复合纳米固体材料和颗粒膜材料等有众多优点,但因价格因素在工业上尚未形成大规模应用.而颗粒膜的应用则不受价格因素的影响,这是超微颗粒实用化的重要方向,将给纳米颗粒化学复合镀带来巨大的发展空间.