复合电镀研究现状及进展

《复合电镀研究现状及进展》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复合电镀研究现状及进展（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、复合电镀研究现状及进展复合电镀研究现状及进展季孟波2何安国。蔡杭锋。魏子栋1 (1重庆大学化学化工学院；2重庆大学自动化学院，重庆400044) 摘要综述了近几年来国内 外电沉积复合镀制备多元复合材料方面的最新进展段研究动态。重点探讨r电沉积纳米复合镀层、电沉积自润滑复合镀层、功能梯度材料复合电沉积等的研究现状和发展趋势。并论述了这三种复合镀层的耐磨、耐蚀或耐 磨、耐高温氧化等优点，最后对电沉积复合镀技术的发展和应用前景进行了展望。 关键词馥合电沉积复合镀层纳米颗粒自润滑功能梯度材料The CurreIlt Study and DeVelopment ofElectrodeposited Co

2、mposite PlatingJIMengb0，WEI Zidong，CAIHangfe“g(school 0f chemical engineeng and techn0109y，cho“gqi“g University，chongqing，4000“，china)Abstract：The sta上e一0fthe一叭study and devel叩ment of compo新te plati“gin recent yearswere reviewedEm- phasis was placed onthetendenoy ofthe composite platings associatedw

3、ith nanoscaled paIticles，self一1ubdc8ting，fhc donal gradient materialsThe trend 0f c叩posite plating technology in future are pr08pected at the e11d of this mono-graphKeywopd：eomposit。plati“g；compos“e coating；nanopowder8；functional gmdient materials；selflubricatingcoating性彩色镀层、有电接触功能的镀层等。在电沉积复合1引言镀层工艺

4、方面，已从二元到多元，从普通的固体微粒 复合镀层以其独特的物理、化学、生物、机械性 到纳米颗粒，从一般的复合镀到梯度复合镀“o。 能， 成为复合材料的一支新秀，正日益获得广泛的关 以下仅就纳米材料、自润滑、功能梯度材料等各 注和应用。复合镀层的制备可采用复合电沉积或化 类型的电沉积复合镀的研究动态做一综述。 学镀等 方法。所谓的复合电沉积，就是在电镀液中加 2 电沉积纳米复合镀层入一种或数种不溶性的固体微粒、惰性颗粒、纤维等 (如具有某些特殊功能的陶瓷粉末、有机颗粒，如sic、纳米粒子具有很多独特的物理及化学性能，包括 z向：、Al：o，、cr：O，、(cF)n、聚四氟乙烯(盯FE)均匀 量子

5、尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应、宏观量 地夹杂到金属沉积层中使其与主体金属共沉积在基 子隧道效应等，呈现出独特的宏观物理、化学特性，如 材上， 从而获得具有耐磨、耐蚀、减摩等功能的复合镀 低熔点高比热容、高热膨胀系数、高强度、高韧性、高 层”。1。其主要成分为通过阴极还原得到的基质金属 塑性等。如何使其得到开发及实际应用，正日益成为 (由 其形成均匀连续相)与不溶性固体微粒(不连续地研究的重点。将纳米微粒引入金属镀层中赋予金属 分散 在基质金属中)。基质金属与不溶性固体微粒之 镀层以纳米粒独特的物理和化学性能的纳米复合镀 间的 相界面基本上是清晰的，几乎不发生相互扩散现 技术，是纳米材料

6、技术与复合镀技术的完美结晶，是 象， 但却具备基质金属与不溶性固体微粒的综合性 复合镀技术发展进程中的一次质的飞跃。尽管纳米 能”1。 复合镀技术的研究始于20世纪90年代，但纳米复合 目前研制出来的电沉积镀层的功能已形成多种镀层所表现出的诸多优异性能已使纳米复合镀技术 体系， 可分为耐磨镀层、高温耐磨耐蚀镀层、特殊装饰 迅速成为电镀技术发展的又一热点”。目前，纳米技2004年全国电子电镀学术研讨会论文集术已经逐渐深入到表面处理工艺中，在纳米电沉积领 质金属的硬度”J。Mandich N v L【“用三种铬槽(s“ 域中取得了一定发展。纳米复合电沉积就是在镀液 gent，HEEF一25和氟化物

7、)进行纳米金刚石与铬的共 中加人纳米固体颗粒，通过与金属共沉积获得镀层， 沉积，所得复合镀层的耐磨性都高于单一铬层。Benea 把纳 米颗粒应用到电镀、电刷镀中，获得性能优异的 L_J“在镀Ni液中加入sic纳米粒子(平均粒径20nm) 复合镀 层，提高镀层的工作温度、耐磨性和耐蚀性等。 得到纳米复合镀层。zimmeman A F”2。脉冲电沉积获 目前已 制备出多种具有不同性能的纳米复合镀层“1。 得的纳米复合层由Ni(粒子尺寸1020nm)与sic粒 目前开发 较多的有镍基、锌基、铜基和银基等镀层。 子(平均尺寸为200一400nm)组成，低浓度sic(小于 按用途可 分为装饰防护性镀层、

8、耐磨减摩镀层、耐高 2)能改善材料的延展性，且纳米复合镀层有较强的 温镀层等” 1。 耐磨性能。因此在制备复合镀层时受到极大的关注。21 装饰防护性复合镀层 程森等”“在A3钢板l：制备了含有微米和纳米 近年来，缎面镍是分别含有高岭土、玻璃粉、滑石sic的两种镍基复合镀层，结果表明：sic颗粒在镀层 粉或Bas0_4、A1203等的镍基复合镀层，其结晶细致、 中分布均匀；sic颗粒附近复合镀层的硬度是纯镍镀 孔隙少、内应力低、耐蚀性好，外观柔和舒适，如果用 层的3倍，微米sic复合镀层的弹性模量比纯镍镀层 相应的纳米粉其性能效果更好；用纳米I、02、si02等提高了近5倍，而纳米sic复合镀层

9、则提高了15倍以 制得的复合镀层比普通锌镀层的耐蚀性提高25倍，l二；sic颗粒的加入能够有效阻止镀层表面发生变形，外观也得到稳定和改善”。彭元芳”J等将纳米“一 纳米sic的作用更明显。 Al，0，浆料ABN加入到基础镀镍液中进行电沉积，获用电镀特别是电刷镀法可以比较容易地在大尺得了Ni一“一Al，0，纳米复合镀层，结果表明：随着镀 寸部件上制成含纳米粉的复合镀层。国内有人用电 液中纳米粉体含量的增加，沉积速率减小，而共析量镀与电刷镀的方法制成了含纳米金刚石粉的复合镀 和耐蚀性都是先增加，达到最大值后下降；随着电流 镍层，与不含金刚石粉的普通镀镍层相比，其硬度增 密度的增加，沉积速率和耐蚀性

10、增加，而共析量先增 加一倍以上，耐磨性能的提高更为明显”。”1。俄罗斯 加后下降；随着搅拌强度的增大，3个测定量都是先增 已制成含纳米粉复合镀层的工具，并已投入小批量生 加后降低；随着pH值的增大，3个测定量都是先增大，产，其硬度和耐磨性均有比较明显的提高”“。蒋 然后达到一定值后几乎保持不变。日本的松林宗 斌。”o等用电刷镀技术制得了镍基nAl：O，复合镀 顺 在瓦特浴中添加粒度为20一100nm的Al：o。微层。其表面形貌细腻平整、组织致密，镀层中纳米粒 粒获得了耐蚀和硬度俱佳的功能性镀层，日本的大和 子分布均匀，与基质金属结合紧密。镀层显微硬度达 康二也将粒度为30一50nm的A1203

11、添加到镀锌槽 到HV 700，比快速镍镀层提高约40。滑动磨损试 中，所得的复合镀层的腐蚀电流、盐雾试验和钝化膜 验结果表明，随着纳米粒子含量的增大，镀层的耐磨 的稳定性试验均显示了优异的耐蚀性。彭峰”。等采 性提高，摩擦系数也呈增大趋势。李屏”“等自制了电 取四氯化钛为原料低温水解，在液相中一步简单地制刷镀设备并通过调节镀液成分改变刷镀电压和电流 备了金红石相Ti02，并且原位制备了一定浓度的纳米分别制取了NicoP，NicoP一既FE和Nico Ti02分散浆料，此浆料稳定性好，不含有机表面活性 PMos2三种在不同参数条件下的镀层，结果表明 剂与高分子分散剂。并录用常规的电镀过程在金属加

12、人MoS：或PrFE的NicoP复合镀层有良好的 表面形成了Ti0，一Ni复合电镀层，比一般的镀镍层均 自润滑性能；控制热处理后的NicoPMos：和Ni 匀、细致。郑筱梅”l等以市售纳米氧化铝粉体为原 coPP1FE镀层的硬度得以改善，耐磨性能好； 料，将纳米微粒成功地分散到镍镀液中获得了纳米 复合镀层NicoPwFE的减摩效果优于Nico A1：o，一Ni复合镀层。通过正交设计法获得最佳工艺 PMos：镀层。顾卓明o等用电刷镀研制具有层 条件。结果表明当分散状态和上镀状态均好时，镀层状结构的Nicr20，复合电刷镀层，研究了多层复合 细致，呈均匀的灰白色，无光泽。当选用LD阴离子表 镀层的

13、组织显微硬度以及耐磨性等性能。结果表明 面活性剂作为分散剂，经过超声波分散和熟化可以使多层Nicr：o，复合电刷镀层与Ni镀层相比具有较 纳米微粒在镀液中分布更均匀，使镀层的质量更好。 高的显微硬度、细小的结晶晶粒和较好的耐磨性，该 22耐磨减麾耐蚀复合镀层层状的复合镀层结构会导致磨损机理的变化。黄婉 此类复合镀层就是在基体中加入硬度较高的如娟”“探索了利用改进的电刷镀技术制备性能优良的 Sic、A1：0，、纳米金刚石(DNP)等硬质纳米颗粒，当弥 多层Nicr2q、Nisic等复合镀层在工艺上的可行 散分布在基体中时能有效地细化基质金属来提高基 性。结果表明，多层复合镀层具有良好的结合强度，

14、复合电镀研究现状及进展31一” 细小的结晶晶粒和较高的显微硬度。对修复磨损的 航空航灭和燃气轮机的某些部件工作温度在850以 机械零件和对零部件进行表面强化具有理论和实际 上，而镀Ni、Ni：P和cr层只能在低于400以下工 意义。且” 研究了电刷镀多层Nicr20，复合镀层 作，钴基复合镀层，如co：cbc：、co：zrB：和c仉sic的 的 磨损特性与磨损机理。证明电刷镀多层Ni 出现，大大提高了高温耐磨性能，但采用钻基纳米金cr：O。复合镀层具有良好的耐磨性。刚石复合镀层更具有明显优势。如用于发动机级间 碳纳米管由于其优异的力学性能也在复合镀层 的密封圈、摩托车铝合金缸体的复合镀层，由于

15、能承 中得到应用。若将碳纳米管加入到镀层中将有利于 受500屯以上的高温，有更长的使用寿命；若在镀层中 镀层的耐磨、减摩和耐腐蚀等性能，从而得到新一一类 采用短杆纳米金刚石微晶，由于同镀层的结合面积 复合镀层。有研究者” 在金属表面制得了含碳纳米 大，摩擦时不易剥落，效果更好 1。钻基纳米复合镀 管的镍磷复合镀层。实验结果表明，该复合镀层具有 层如cocr3c2、cozfB：和cosic等也可大大提 高耐磨性、低摩擦系数、高热稳定性、自润滑等优异的 高高温耐磨性能，其中以钴基纳米金刚石镀层为佳。 综 合性能。其耐磨性比无镀层的Gcrl5高1 000倍， 24电子复合镀层 比Ni，Psic复合镀层高10倍以 上，并可广泛应用于 纳米复合镀层在电接触材料中使用可以节约大 航空 航天、机械、化工、冶金、汽车等各种行业。王健 量的贵金属材料银、金等，而且可以获得优异的电接 雄o”等制备了碳纳米管镍复合镀层材料，结果表明碳 触性能，因此也得到了广泛应用。银的导电性能好， 纳米管复合电沉积镀层具有较好的耐腐蚀性能，耐蚀 但硬度低、耐磨性和抗电蚀能力差，电接触寿命较低。 性在20氧氧化钠溶液和35氯化钠溶液中优于同 但如采用纳米金刚石与银共沉积，形成复合镀层，能 等条件下制备的镍镀