发动机汽缸电镀纳米镍钴铁复合镀层

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工艺参数对Ni-SiC纳米复合镀层硬度的影响

２ＡＲｏｉ．ＣＥＣｋｎｇ＆ＲｆｃｒＥｇｅｒｇＣｎｕｔｇＣｒｏａｏ，Ｃ，ｎｈｎ１４０，ｈｎ）ｅａｔｙｎｉｅｎｏｓｌｎｏｐｒｉｎＭＣＡｓａ０２Ｃｉａｒｏｎｉｉｔ１
ＡｂｔａｔＩｒｅｏｉｒｖｈｅｖｃｉｆｃｓｉｌＮｉＳＣａｏｃｍｐｓｔｏｔｎｓｐｅａｅｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｍｐｏｅｔｅｓｒｉｅｌｅｏａｔｆｎｇｍｏｄ， — ｉｎｎ — ｏｏｉｅｃａｉｇｉｒｐｒｄｗｉｌｃｒｄｐｏｉｉｎｍｅｈｄｏｏｐｅａｅＥｆｃｓｏａｈｏｉｕｒｎｔｄｎｓｔＳＣｃｎｅｔａｉｎｉ－ｔｅｅｔ０ｅｓｔ０ｔｏｎｃｐｒｂｓ．ｆｔｆｃｔｄｃｃｒｅｅｉｈｅｙ，ｉｏｃｎｒｔｏｎｅｌｃｒｌｔｐｖｌｅ，ｔｅｅａｕｅｏｒｎｓｆｔｏｔｇａｅｒｓａｃｅｙｓｎｌａｔｒｅｐｒ－ｅｔｏｙｅ，ＨａｕｂａｈｔｍｐｒｔｒｎｈａｄｅｓｏｈｅｃａｉｒｅｅｒｈｄｂｉｇｅｆｃｏｘｅｉｎｍｅｓＲｅｕｔｈｏｔｔｔｅｈａｄｎｓａｅｉｒｖｄｂｌｈｅｆｃｏｓＴｈｅｏｉｌｃｎｔｏｓａｅａｎｔ．ｓｌｓｓｗｈａｈｒｅｓｃｎｂｍｐｏｅｙａｌｔａｔｒ．ｐｔｍａｏｄｉｎｒｓｉｆｌｏ：ａｈｏｕｒｎｅｉ３Ａ／ｄｏｌｗｓｃｔｄｅｃｒｅｔｄｎｓｔｙ：ｍ，ｉｈｆＮａｏＳＣ：／Ｌ；ａｕｅｏ：ｗｅｇｔｏｎ－ｉ８ｇｖｌｆｐＨ４．０；ａｈｔｍｐｒ－ｂｔｅｅａ

表面活性剂对复合电沉积法制备纳米碳管复合镀层的影响

扬州职业大学学报
第ｌ卷０
１实验部分
１１试剂和仪器．
表１制备纳米碳管一工作电极的电解液组分镍
—＼
配方
镀液种类氨基磺酸盐镀镍液普通镀镍液
、＼（０ｍＬ）２０（０ｍＬ）２０
硝酸（７，Ｈｌ３％）氯化镍（Ｒ，６％）Ｃ（７，Ａ）硼酸（Ｒ，Ａ）硫酸镍（Ｒ，十六烷基三甲基溴Ａ）
本文通过测定纳米碳管占所得镀层质量的百分比，研究表面活性剂对复合电沉积法制备纳米碳管复合镀层的影响，将为调控纳米碳管复合镀层的结构和性能提供新的途径。
作者简介：徐
斌（９９）男，州工业职业技术学院化学工程系助教，１７～，扬硕士。
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ＸＵｉ，ＺＢｎＨＵｈｎ — ＵＣａｇＷ
（ａｇｈｕＣｌｇｆｎｕｔａＴｃｎｏｙＹｎｚｏ２１７ｈｎ）Ｙｎｚｏｌｅｏｄｓｉｅｈｄｇ，ａｇｈｕ２５２，ＣｉａｏｅＩｒｌ
Ａｂｔａｔｎｔｉｐｐｒａｂｎｎｎｔｂｏｐｓｔｏｔｇｗａｒｐｒｄｂｏｏｓｔｌｔｇ．ａｉｇｗａｓｒｃ：Ｉｓａｅ，ｃｒｏａｏｕｅｃｍｏｉｃａｉｓｐｅａｅｙｃｍｐｉｐａｉｈｅｎｅｎＰｌｔｓｎｐｒｏｍｅｔｈｄｉｏｆｄｆｅｅｔｓｒａｔｎｓａｈｉｅｕｄｍｅｔｌｆｃｏｓａｄｔｅｍａｓｆａｔｎｅｆｒｄｗｉｔｅａｄｔｎｏｉｒｎｕｆｃａｔｔｔｅｇｖｎｆｎａｎａａｔｒｎｈｓｒｃｉｈｉｆｏ

电镀和化学镀技术

（四）金属的电沉积过程
金属电结晶三步骤对电沉积的影响： 3）在电流密度也相当大，过电位的绝对值很大时，被还原的金属离子数量很多，在电极表面上形成了大量的吸附原子。在这种情况下，它们很有可能聚积在一起，形成新的晶核。而且极化越大形成晶核的几率就越大，速度就越快，晶核的尺寸也就越小，因而可以获得细致光滑的金属层。所以在电镀过程中，极需要在晶体生长的同时，还有大量的晶核形成。电镀时总是设法使阴极电化学极化大一些。
（一）电镀液组成 1.主盐：能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。主盐浓度要有一个适当的范围。主盐浓度高，溶液的导电性和电流效率一般都较高，可使用较大的电流密度，加快沉积速度。但是，主盐浓度升高会使阴极极化下降，出现镀层结晶较粗，镀液的分散能力下降。主盐浓度低，则采用的阴极电流密度较低，沉积速度较慢，但其分散能力和覆盖能力均较浓溶液好。
电镀层的分类 3）功能性镀层：五、热处理用镀层为了改善机械零件的表面物理性能，常常需要进行热处理。但是，如果零件的某些部位，在热处理时不允许改变它原来的性能，就需要把这个部位局部地保护起来。例如，防止局部渗碳需镀铜，防止局部渗氮则应镀锡。
电镀层的分类: 3）功能性镀层：六、修复性镀层一些重要的机械零部件，例如各种轴、花键、齿轮及压辊等，在使用过程中被磨损，或在加工过程中磨削过度，均可用电镀法予以修复，使其重新发挥作用。可用于修复尺寸的镀层金属有铜、铁、铬等。七、可焊性镀层一些电子元器件组装时，需要进行钎焊。为了改善它们的焊接性能，需要镀以锡、银等。
目前，金属镀层的应用已遍及经济活动的各个生产和研究部门，例如机器制造、电子、仪器仪表、能源、化工、轻工、交通运输、兵器、航空、航天、原子能等。

复合电镀层应用的新动向

在电镀工艺中进行研究的，后在化学镀中也得到此
１前言
从电镀或化学镀电解液中在金属析出的同时，微粒或纤维也一起沉积所得到的复合镀层称作复合
了复合镀层，目前复合镀与合金镀一起成为表面处理工艺中制造功能性镀层的重要技术。
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ＰｌｉｇａｎｉｈｉｇａｔｎｎｄＦｉｓｎ
Ｖｏ２４Ｎｏ．５１
．
具有的特性。复合镀最初是和用熔融法制作金属陶瓷等金属复合材料的相互竞争中发展起来的。复合
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２０年９０２月
电镀与精饰
第２卷第５总１６・３４期（４期）７・
文章编号：０１３４（０２０ — ０７０１０ — ８９２０）５０３ — ３
复合电镀层应用的新动向
ＷＡＮＧＳｈｉｌ —ｕ
（ｄｒｒｆｓｉｎｌＴｅｈｉｕｌｇ，Ｔｉｎｉ３０２ＭｏｅｎＰｏｅｓｏａｃｎｑｅＣｏｌｅｅａｊｎ０２２，Ｃｈｎ）ｉａ
ＡｂｔａｔＴｒｎｄｎｔｅａｓｒｃ：ｅｓｉｈｐｐｌｃｉｏｍｐｏｉｅｃａｉｇ，ｓｈａｐｉａｉｎｔｌｃｒｄｅｉａｔｏｎｏｆｃｓｔｏｔｎｕｃｓａｐｌｃｔｏｎｏｈｅｅｅｔｏｓｕｓｄｉｌｃｒｌｓｓｉｅｎｅｅｔｏｙｉｎｄｕｔｙ，ｏｈｅａｕｍｉｕｍｎｇｎｅｃｉｅｓａｅｉｒｄｕｃｄ．Ｔｈｅｉｔｏｄｔｏｎｓｒｎｔｌｎｉｅｉｙｌｎｄｒｒｎｔｏｅｎｒｕｃｉ

镍基复合材料

缺点及克服方法（1）疲劳性能稍差、塑性较低、使用中组织稳定性有所下降；（2）存在疏松，性能波动较大。
应用：镍基铸造高温合金用于飞机、
船舶、工业和车辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、导向叶片和整体涡轮等。
镍基复合材料在水环境中的摩擦学性能及磨损机理研究
复合材料在水环境中的摩擦系数比干摩擦降低了一半左右，磨损率仅为干摩擦下的 1／15，水环境中，负荷和速度的变化对摩擦系数的影响不大，摩擦系数基本保持在0．28～0．32之间，磨损率随负荷和滑动速度的增加而不断增加。
镍-蓝宝石反应性质的影响
在高温下，蓝宝石和镍或镍合金将发生反应，这种反应与弥散强化型合金所用的 Al2O3质点的稳定性观测结果相一致。除非这种反应能均匀地消耗材料或在纤维表面形成一层均匀的反应产物，否则就会因局部表面降粗糙而降低纤维的强度。
镍基复合材料的制造和性能
制造镍基复合单晶蓝宝石纤维复合材料的主要方法是将纤维夹在金属板之间进行加热。这种方法通常称为扩散结合。热压法成功的制造了Al2O3-NiCr复合材料，其最成功的工艺是先在杆上涂一层 Y2O3（约1μm），随后再涂一层为基体制造的。由于镍的高温性能优良，因此这种复合材料主要是用于制造高温下工作的零部件。
金属基复合材料最有前途的应用之一是做燃气涡轮发动机的叶片。这类零件在高温和接近现有合金所能承受的最高应力下工作，因此成了复合材料研究的一个主攻方向。
镍基变形高温合金
8.3
51
63.5
8.0
48
61.3
48 23 25.4
用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的热端部件，如工作叶片，导向

电刷镀技术

电度是指利用电解的方法从一定的电解质溶液（水溶液、非水溶液）中，在经过处理的基体金属表面沉积层叫电沉积各种所需性能或尺寸的连续、均匀而附着沉积的一种电化学过程的总称。

电镀所获得的沉积层叫电沉积层或电镀层。

获得电镀层的技术属于表面工程技术中的覆盖层技术，属于原子沉积技术，是覆盖层技术领域较为古老而成熟且应用面较广泛的一种技术。

电镀广泛用于各种金属和非金属的防护，以及赋予这些金属和非金属的各种所需要的特殊性能或功能。

高级装饰防护和各种功能性电镀或两者兼具的电镀是电镀技术发展的重要趋势。

第4章电刷镀技术4.1概述4.1.1电刷镀技术的基本原理电刷镀是应用电化学沉积的原理，在导电零件需要制备镀层的表面上，快速沉积金属镀层的表面技术，它是表面工程技术重要的组成部分。

电刷镀原理如图4-1所示。

电刷镀时，直流电源的负载通过电缆线与工件联接；正极通过电缆线与镀具（导电柄和阳极的组合体）联接。

镀具前端的经包裹的与刷镀表面仿形的阳极与工件表面轻轻接触，含有欲镀金属离子的电刷镀专用镀液不断地供送到阳极和工件刷镀表面之间，在电场作用下，镀液中的金属离子定向迁移到工件表面，在工件表面获得电子还原成金属原子M n+n e→M↓还原的金属原子在工件表面上形成镀层。

电刷镀是电镀技术的一种特殊形式，又被称为“涂镀”、“无槽电镀”、“选择性电镀”、“擦镀”等。

电刷镀时被刷镀工件不需进入镀槽，包裹好的阳极必须与工件刷镀表面接触以便形成局部的“镀槽”。

阳极的面积通常都小于刷镀表面，为此阳极和工件刷镀表面必须作相对运动才能在欲刷镀的整个表面上沉积镀层。

电刷镀通常采用不溶性阳极，避免产生阳极钝化现象，同时电刷镀专用镀液里的金属离子含量高，所以电刷镀时的电流密度很大。

阳极（通过包套）与工件刷镀表面接触、相对运动、使用很大的电流密度（一般为槽镀的5～10倍）是电刷镀技术必须具备的三个基本条件。

这三个基本条件决定了电刷镀电源、电刷镀溶液、电刷镀工艺和电刷镀应用的一系列特点。

电刷镀(Ni-P)-TiN纳米微粒复合镀层的组织与力学性能

ａｅｆｔｅｃｍｐｓｔｏｔｎｒｌｏｔｓｅｎｅｏｈｏｏｉｃａｉｇｗｅｅａｓｅｔｄ．ＴｅｕｔｈｏｄｔｔｔｅｐｅｒｄＴＮａｏｒｉｌｓｅｈｅｒｓｌｓｓｗｅｈａｈｒｐａｅｉｎｎｐａｔｅｅ
赵福国，黄昊，王飞，郭道远，吕波，董星龙
（大连理工大学材料科学与工程学院，宁大连辽１６２）０４１
摘要：用直流电弧等离子体气相蒸发法，氢气与氮气混合气氛中蒸发块体Ｔ金属制备ＴＮ单采在ｉｉ
ｗｒｕｉｃｙｔｌｏｍ．Ｈａｄｅｓｏｅ（ｉ一ｉａｏａｔｌｏｐｓｅｃａｎａｃｅｓｄ３ｅｅｉｃｂｃｒｓｒｎａｆｒｎｓｆｈＮ — ＴＮｎｎｐｒｅｅｃｍｏｉｏｔｇｗｓｉｒａｅｔＰ）ｉｓｔｉｎｔｅｓｃｍａｅａｏｏｏＮ — ）ａｏｏｔ８ｈｅｒｅｉａｃｆｈｏｏｉｏｔｇｉｓａｏｐｒｄｔｔｔｆｍｍｎ（ｉｍｏｈｃＰｌｙｃａｎ．Ｔｅｗａｓｔｎｅｏｅｃｍｐｓｅｃａｎｌｉｒｓｔｔｉ
２１年９００月源自电镀与精饰第３卷第９总２０２期（１期）
・１・
文章编号：０１３４（０００ —０１０１０ —８９２１）９００ —４
电刷镀（ｉ一ｉ纳米微粒复合镀层的Ｎ — ＴＮＰ）组织与力学性能
磨性能。研究结果表明：ｉＴＮ纳米颗粒具有立方晶体结构，Ｎ — ）ＴＮ纳米微粒复合镀层的硬度较（ｉ．ｉＰ

电镀ppt

15
电镀铜应用
180 Grit Scratches
Mirror Smooth Surface
抛/磨光后提供好的填平效果复古镀铜打火机
钢铁工件防护—装饰镀层的底层或中间层，以提高基体与表层或中间层的结合力和镀层防护功能镀层：导电镀层，防渗碳或防渗氮镀层（碳和氮在铜中扩散困难），减摩镀层（铜
质软），防磁镀层（铜无磁性）等。
电镀技术已经成功
随着对纳米材料研
地用来制作非晶态材料。
非晶态材料是相对结晶材料而言的新型材料,它
究和需求的增长,使用
电镀技术来研制和生产纳米材料将不会是
在硬度、强度、耐腐蚀
性能等方面都比传统材料要好。
很远的事情。因为很
多单一金属可以被电镀出来,而且技术难度相对较小。
35
电镀成型
说起电镀成型，很容易让人想到电铸。但这里所说的电镀成型与传统的电铸有其不同之处。电铸需要有一个母型或模胎，再在上面电铸后成型
3
电镀原理
电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。
4
新型电镀
快速电镀技术是工件接直流电源的负极，正极与镀笔相连，镀笔端部的不溶性石墨电极用脱脂棉套包
•金-氟化石墨复合镀层的摩擦系数为 0.11～0.22，是纯 •含铝粉10 %(wt) 的复合锌镀层，中性盐雾试验表明耐 •用于电连接器上取代纯金镀层可以大大降低插拔力，延长使用寿命。
23
作时磨损量为普通的
1/40，硬度高3～4倍。 Cr-Al2O3(0.3% wt) 的耐磨性比硬铬镀层提高1.8～3.5倍。

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发动机汽缸电镀纳米镍钴铁复合镀层
关于陶瓷汽缸
陶瓷汽缸通常用镍-磷基陶瓷复合材料镀层，往复发动机由于部件的摩擦要耗费约40%的总能量，而
这种能耗多半是由活塞、活塞环和气缸之间摩擦引起的，另外发动机部件还会受到如丙烷、乙醇和汽
油混合物之类的腐蚀性液体的腐蚀。为减轻这些摩擦和腐蚀性问题，日本Nihon Parkerizing公司
开发了镍-磷基陶瓷复合材料（NCC）。20世纪70年代早期，人们曾进行过铁基、镍基复合材料的电
镀工艺试验，并在小型二冲程摩托车、船舶、雪地摩托车及某些豪华客车的发动机部件上少量应用。
铁基、镍基复合材料镀层均抗磨损，因镍基复合材料比铁基复合材料更抗腐蚀，被用于工作在高甲醇
含量环境中部件的镀层，但是随着工作温度的增加，镍基复合材料镀层的硬度会减少，这是它的一个
最大缺点。NCC镀层（分Ni-P-hBN、Ni-P-SiC两种）中由于含有磷化物（如次磷酸、次磷酸纳等），
即使在恶劣的环境和在较高温度下，也能保持较高硬度，与无磷的Ni-hBN和Ni-SiC相比，抗磨损
能力优异。NCC镀层热处理后的硬度应变化。

除了高硬度和抗腐蚀性能好以外，NCC镀层的摩擦系数还低，Ni-P-hBN由于含有优异的自身润滑
性氮化硼，摩擦系数只有0.08～0.12，它比硬铬镀层的摩擦系数（润滑条件下：钛合金上的NCC摩
擦系数约0.10～0.12，硬铬的摩擦系数为0.28～0.48）要低得多，使滑动部件间的磨擦损失明显减
小。经几家日本公司在它们开发的发动机上应用Ni-P-hBN镀层表明，抗腐蚀性能优异，有取代铸铁
缸套的趋势，能使缸壁温度、油耗、车质量均有不同程度改观，同时发动机转矩和功率增加约3.5%。
为此，NCC镀层有助于轻量、高效、低耗发动机的开发。日本丰田发动机公司曾验证过两个未来全
铝发动机设计方案：1）采用NCC铝缸套与常规的亚共晶A1（AA319或356）合金活塞组合，以防
止气缸与活塞间卡死和磨损；2）无缸套组合，过共晶高硅A2（AA390）合金缸体（或MMC缸体）
与铁-磷电镀活塞组合以抗磨损。在这两种设计方案中，活塞环的磨损均是采用NCC氮化钢环来减轻
的。

目前，有两种方法可把NCC镀层用于铝缸套或直接用在铝气缸体上：1）采用完全浸渍法；2）电镀
液流动法，但电镀液只流在气缸内壁上，不与其它部分接触，这是一种经济有效的新工艺，适用于大
排量发动机部件，如直立和V型四冲程发动机，费用与典型的铸铁缸套相当。日本铃木发动机公司已
将开发的NCC工艺用在该公司生产的摩托车、船舶、豪华客车的二冲程全铝发动机上；雅马哈和川
崎公司也把NCC镀层用于大批量的二冲程铝合金发动机上，此外，部分四冲程发动机也在应用这种
镀层。

其實電視廣告天天喊的陶瓷汽缸應該是叫做「鋁合金電鍍陶瓷汽缸」，可不是整顆都是陶瓷做的啊‧
缸體一樣是以鋁合金製成，再加以電鍍上陶瓷層，其實陶缸也沒有電視廣告講的那麼神，陶缸一樣會
磨損，只是比較慢而已‧但通常陶瓷汽缸怎麼操狀況都還 OK ，壓縮不夠更換活塞及活塞環即可‧但
如果要進行類似塘缸的工作也是可以的，只不過採用的機具跟鑄鐵汽缸不同，需要使用鑽石類的刀具
進行研磨‧但因為陶瓷汽缸的電鍍層只有兩根頭髮厚，因此只能進行修復性的研磨，而不能進行塘大
(好比說將缸徑 51mm 的汽缸塘到 54mm)的工程‧如果汽缸受的傷超過陶瓷電鍍層，如我之前發
生的慘案，就真的只有換缸一途了‧

陶瓷電鍍汽缸是將工程陶瓷材料碳化硅(SiC) ，利用特殊镍钴铁的複合電鍍技術，將工程陶瓷材料電
鍍於汽缸 (Cylinder) 壁上的技術， SYM 是台灣首創將工程陶瓷材料應運用於機車引擎汽缸且大量
生產的公司。
工程陶瓷材料 (SiC) 能克服一般陶瓷材料性脆的缺點，同時它具有高硬度－耐磨耗性優、高耐
熱性等優點，對於引擎汽缸需要的高耐磨耗性、高耐熱等特性，可說是絕佳的組合，但是因為工程陶
瓷材料不導電，且比重高，因此以一般傳統電鍍技術無法將其電鍍在汽缸壁上，因此 SYM開發特殊
的複合電鍍技術，將鎳 (Ni) 及陶瓷碳化硅 (SiC) 顆粒，共同電鍍在汽缸壁上，形成特有的複合陶
瓷電鍍 (Ni/Sic) 汽缸，將汽缸的品質推到極致，同時在全員共同的努力下，控制其大量生產的品質，
目前已達到不良率維持在 0.3% 以下的水準，能生產出質優，且價格合理的陶瓷電鍍汽缸。

鋁合金電鍍陶瓷汽缸之特色
1.鑄鋁汽缸初步搪孔加工後再電鍍鎳基之碳化矽陶瓷鍍層,最後再施以搪磨.
2.鍍層厚度約0.00050公分,硬度比一般鑄鐵高(HV 550).
3.鍍層為多孔性表面,駐油性佳,使汽缸表面與活塞,活塞環隨時保持高度之潤滑,各接觸件不會刮傷,
磨耗也降低.光陽之陶瓷汽缸搪磨表面是屬於高原型(Plateau-Honed Surface Texture), 汽缸表面
之紋理峰值小,谷值大,所以汽缸之磨合時間短, 很快達成正常之運轉性能,汽缸之磨耗及潤滑性能均
再提升.
4.鋁合金之比重是鑄鐵的0.35倍,重量僅約鑄鐵的1/3.而且熱傳導係數是鑄鐵的2.3倍,所以引擎燃
燒累積的熱較快傳出,保持引擎在適度的溫度下運轉,避免過高溫造成潤滑油膜剝落產生機件刮傷, 或
零件因高熱負荷而疲勞破壞.
5.由於鋁合金電鍍陶瓷汽缸之優異特性,可使引擎運轉於較嚴苛的狀態下而不損壞,所以可以調整引
擎條件使得引擎之馬力提升,油耗減少.
6.鋁合金電鍍陶瓷汽缸之特色
-潤滑性佳
-磨耗率低
-汽缸壁不會刮傷
-熱傳性佳
-重量輕
-節省燃油消耗
-性能提升
发动机汽缸电镀纳米镍钴铁复合镀层具有更优越型