纳米化学复合镀开发和应用探究

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1、纳米化学复合镀开发和应用探究【摘要】化学镀表面处理技术使用范围很广，镀层均匀、装饰性好；在防护性能方面，能提高产品的耐蚀性和使用寿命；在功能性方面，能提高加工件的耐磨导电性、润滑性能等特殊功能，因而成为表面处理技术的一个重要部分。纳米化学复合镀是在化学镀液中加入纳米粒子，使其与化学镀层共沉积的工艺技术。本文主要研究在化学镀Ni-P中加入纳米颗粒，在基体表面沉积具有镀厚均匀、耐磨、耐腐蚀、可焊的纳米复合镀层，阐明镀液组成和工艺条件对沉积速率、镀液稳定性、镀层与基体的结合力的影响，获得纳米化学复合镀技术的工艺参数，并对纳米复合镀

2、层的性能进行研究。【关键词】化学镀；纳米化学复合镀；印制电路板；分散化学镀技术是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应产生金属的沉积过程。与电镀相比，化学镀技术具有镀层均匀、针孔小、不需直流电源设备、能在非导体上沉积和具有某些特殊性能等特点，以其工艺简便、节能、环保日益受到人们的关注。化学镀使用范围很广，镀金层均匀、装饰性好。在防护性能方面，能提高产品的耐蚀性和使用寿命；在功能性方面，能提高加工件的耐磨导电性、润滑性能等特殊功能，因而成为全世界表面处理技术的一个发展。纳米化学复合镀，选择合适的化学镀溶液，将纳米粒子加入

3、镀液中，形成化学镀金属与纳米粒子共沉积。纳米化学复合镀层结晶细致、孔隙率低、镀层均匀、镀液深镀能力好、化学稳定性好，已广泛用于军工产品的表面处理。突出的例子如军用管道阀门、低压水室内外表面电镀、引信装置、追击炮雷管、近炸引信、坦克炮塔轴承、雷达波导管、军工常规紧固件、航空航天工业等。其中军用设备弹射机的工作环境非常恶劣，飞机发动时的高温气流冲刷轨道，弹射时的巨大的作用力，海洋气候条件的腐蚀，使得弹射系统仅能使用6〜12个月。现采用的表面处理工艺是：正确前处理后的弹射机罩，在电镀镰后，纳米化学复合镀lOOum,然后再电镀镉12

4、.5um,并经钻酸钝化。这样的复合涂覆保护层，具有很好的耐磨和抗微振磨损性能，弹射系统的使用寿命可延长至14〜18年，即增加18倍。我国的化学镀工业起步较晚，但自九十年代以来经过各科研单位的不懈努力，现已拥有了较成熟的工艺和经验，并在民品上获得了一定程度的实用化。特别是化学镀Ni-P工艺已基本成熟，广泛应用于PCB、五金电镀等领域。本文重点研究纳米化学复合镀Ni-P,以六水合硫酸镰为主盐，以次亚磷酸钠为还原剂，配合纳米金属化合物，并添加一定量的络合剂、稳定剂、缓冲剂、加速剂等，在基材上形成纳米化学复合镀层，研究复合镀层的性能

5、。一、技术原理化学镀Ni-P合金是利用催化还原机理在基体表面沉积合金的表面处理工艺，由于化学镀Ni-P合金镀层具有镀厚均匀性好、耐磨、耐腐蚀、结合力高等显著特点，该技术在表面工程领域受到普遍关注。化学复合镀时，纳米粒子与合金的共沉积过程，一般研究认为分以下几个步骤完成：(1)镀液中的分散粒子随溶液流动(搅拌)传送到镀件表面，并在液流冲击作用下在镀件表面发生物理吸附。(2)粒子粘附在镀件上。粘附于镀件的粒子，必须能延续超过一定时间，才有可能被化学沉积的金属俘获。根据Guglielmi提出的两步吸附理论，粒子在基底表面存在强吸附

6、和弱吸附两部分。这个步骤除与粒子的附着力有关外，还与流动的溶液对粘附于镀件上的粒子的冲击作用以及金属沉积的速度等因素有关。(3)吸附的粒子在活性金属表面上被还原析出的金属埋没在镀层之中，逐步形成复合镀层。纳米粒子之所以能进入化学镀层是粒子与镀液的流体动力场、浓度场以及与金属晶体的生长表面之间的极其复杂的相互作用的结果。纳米化学复合镀的种类众多，用常规的物理冶金方法制备金属基复合材料时，较难解决粒子的分散和在复合材料中的均匀分布，并保证粒子有较高的含量。而通过向化学镀溶液中添加纳米粒子进行复合镀，可以在较低的温度下获得含有第二

7、相的化学复合镀层。根据Stokes公式，溶液中的粒子尺寸越小越容易悬浮，加之超细粒子特别是纳米粒子具有小尺寸效应和表面效应，在很小的外力作用下即可使得纳米粒子在溶液中悬浮。在化学镀溶液中添加适量的表面活性剂，采用适当功率空气搅拌，可以使得超细粒子在镀液中充分悬浮，为制备纳米粒子分布均匀的化学复合镀层创造了条件。但粒子加入到化学镀溶液之后会影响镀液的稳定性，为了以较高的效率获得满足要求的化学复合镀层，需要稳定性较高的长寿命化学镀Ni-P合金溶液。就纳米复合镀Ni-P合金来说，所选取的纳米颗粒有金刚石、Si、SiC、氧化铝等。本

8、研究采用Ti02作为纳米粒子添加剂，并在现有的化学镀Ni-P合金配方NMP系列的基础上，添加纳米Ti02以制备Ni-P-Ti02合金复合镀层。二、工艺研究A.配方研究纳米化学复合镀配方的研究，确定纳米粒子材质和粒径，研究项目产品化学复合镀液的组成、获得稳定优化的产品配方；获得纳米复合镀小试