镍基纳米复合镀层的研究进展

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1、鎳基纳米复合镀层的研究进展前言复合电镀是基质金属与悬浮在镀液中的非水溶性固体微粒共同沉积而形成镀层的一种工艺，所得镀层称为复合镀层，其同时具有基质金属和固体微粒的综合性能。与普通镀层相比，复合镀层具有更好的耐磨性和耐蚀性。纳米微粒具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应以及量子隧道效应等特性,将其引入复合镀层中所形成的纳米复合镀层呈现出独特的性能。木文综述了钦慕纳米复合镀层的研究现状。1纳米复合镀层的机理研究1.1复合镀层的沉积机理关于复介镀层沉积机理的研究，国内外许多学者已经提出过多种不同的观点。i些学者认为：力学

2、因素占主导作川，同时阴极电流密度和镀液的微观分散能力也是影响复合镀层形成的主要原因。通过搅拌使镀液中的微粒很好地悬浮起来，给微粒为阴极的相互接触创造条件，而当微粒停留在阴极衣面上时，就有可能被沉积的金属嵌入镀层中。另外-•些学者认为：微粒在电场作用下的电泳速率是微粒进入复合镀层的关键因素。尽管微粒的电泳速率要比搅拌所引起的微粒随液流的迁移速率小得多，但在微粒到达阴极界面的分散双电层后，由于电位差的作川，在界面间将会产生极高的场强，电泳速率可以变得比较大。微粒以垂市于电极衣面的方向冲向阴极，并被金属嵌入镀层中。Gug

3、lielmi的两步吸附理论认为：微粒与金展共沉积时，表血带有吸附离子层的微粒首先吸附在阴极表面，此时微粒表面仍被吸附离子层所包围；随着•部分弱吸附在阴极表面的吸附层被还原，微粒•阴极发牛强吸附而进入镀层，伴随金属电沉积的进行，处于强吸附状态的微粒被金属永久地嵌入镀层中。山于沉积过程本身是一系列反应链相互作用的结果，反应过程中许多中间态离子的寿命短，难以检测，所以沉积机理尚无完善的理论解释。综合上述机理分析，复合镀层的形成大致可分为三个阶段：（1）悬浮于镀液中的微粒向阴极表面附近输送；（2）微粒黏附于阴极表面；（3）

4、微粒被阴极上析出的基质金属牢固地嵌入镀层中。1.2纳米复合镀层的强化机理采用X射线衍射仪和透射电镜对几种傑基纳米复合刷镀层的微观结构进行分析，证实其强化机理是超细晶强化、高密度位错强化、固溶强化和纳米微粒效应强化共同作用的结果。刷镀时，工件局部有比槽镀大几倍到几十倍的电流密度，这种大电流密度使过电位和双电层的电场强度很高，离子在电场中被加速打到被镀表而，形成了人量的超细晶核。镀笔与工件之间的相对运动影响镀层金属的形核过程，使镀层晶粒细化。镀液是有机配位物的水溶液，金属离子以配位离子的形式存在，提髙了阴极极化作用。这

5、些均是获得超细晶粒的主要原因。超细晶粒使镀层单位体积内的晶界增多，形变抗力增大，、镀层得以强化。人量位错运动虽是造成晶体滑动变形的主要原因，但较高的位错密度反而能降低晶体的易动性。电刷镀过程中扁度的不平衡电结晶过程在镀层中形成了高密度的位错缠绕和李晶,使镀层形变抗力增大，镀层得以强化。对谋一钻一磚合金镀层而言，XRD谱图中得到的仅是单相碌的晶体结构，这表明钩、钻等成分已固溶于银基体中。山于鹄、钻与線的原子尺寸差异引起固溶体晶体点阵的畸变，有效阻止了位错运动，因而固溶强化使镀层的性能得以增强。当纳米微粒弥散在镀层屮时

6、，不仅对镀层起到了支撐作川，而H这些硕质点对提髙镀层的耐磨性极为有利;其次，嵌入基质金属镀层的纳米微粒增加了镀层中的位错阻力，阻止了晶体的滑移，使镀层的形变抗力增大，镀层得以强化。这就是所谓的纳米微粒效应强化。纳米微粒对镀层的强化机理尚不完善，述有待进一步的研究。2纳米微粒在镀液中的分散纳米微粒在镀液中的分散程度对镀层中纳米微粒均匀分布有重要的影响。纳米微粒的比表而积人，表而能高，使其表而处于极不稳定状态。为了降低表而能，纳米微粒往往通过相互聚集而达到稳定状态。以团聚体存在的纳米微粒会火去其原有的纳米微粒效应，因此

7、,首先要使纳米微粒呈单分散态均匀且稳定地分散在镀液中，才有町能得到高质竄的纳米复合镀层。H前纳米微粒的分散方法丄要分为物理法和化学法。由于不同粒径和种类的纳米微粒其分散性不同，在制备纳米复合镀层的过程中，往往同吋采用儿种分散方法。王为等以高分子聚电解质为分散剂，在镀镰液中实现了纳米2t02微粒的唯分散，并在此纳米复合镀鎳液中制备出单分散Ni-2r02纳米复合镀层。WangJL等在普通碳钢表面制备了Ni-W-P-Ce02-Si02纳米复合镀层，研究了机械搅拌对纳米复合镀层微观结构及性能的影响。结果表明：当机械搅拌速率

8、为1000r/min时，纳米复合镀层的结构致密，基质金属轮廓清晰，晶粒较细，纳米微粒以弥散态均匀分布在基质金属中，且镀层的沉积速率(32.68ym/h)和显微硬度(6820MPa)高。孙玉利等研究了超声波分散时间、表血活性剂种类及其质量分数对纳米A1203微粒在水相介质中分散性能的影响。结果表明：随着超声波分散时间的延长和分散剂的质量分数的增加，纳米A120