纳米复合电刷镀涂层的研究进展.pdf

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1、纳米复合电刷镀涂层的研究进展DevelopmentofNano-CompositeCoatingWithBrushElectronplating华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室胡树兵电刷镀因其沉积速度快。设备简单，操作方便等特点，在现场不解体的修复和装备再制造过程中发挥着巨大的作用，更因为其可观的经济效益。在实际的生产中越来越受到人们的青睐。电刷镀技术是近几十年由电镀发展起来的一项新的表面工程技术，从某种意义上可以算是一种特殊的电镀技术，在国家经济建设中起着举足轻重的作用，目前已成为表面科学领域的一个重要分支。电刷镀因其沉积速度快，设

2、备简单，操作方便等特点，在现场不解体的修复和装备再制造过程中发挥着巨大的作用，更因为其可观的经济效益，在实际的生产中越来越受到人们的青睐。电刷镀技术如今已成为一个独立且不断完善的技术体系，与电镀相比，它有如下特点⋯：(1)设备简单、携带方便。不需要采用普通电镀中庞大的镀槽设备，甚至可以不需要将修复的部件拆卸下来。(2)工艺灵活、方便。非常适合大型机械工件的局部刷镀，对拆卸困难的设备可以现场维修和野外抢修，成本低廉。(3)镀34航空翩遗技术·2010年第1期层种类多，与基体结合强度高，机械性能好，可根据各种生产实际的需要开发新型的镀液配方。(4)镀

3、层的沉积速度快，在保证镀层品质的前提下可采用高电流密度进行操作。(5)手工操作较多，要求操作安全，因而镀液中不能含有对人体有害的剧毒成分。目前，刷镀技术也已经从传统的维修领域扩展到表面强化、表面防护和表面装饰等功能性领域[2-31,因具有镀液体系多、镀层种类多、设备轻便、工艺灵活、镀覆速度快、镀层质量好、应用广泛的优点得到了快速的发展。除了刷镀工艺的相关参数外，刷镀液的配方也是电刷镀技术的关键。在原来电镀液的基础上，电刷镀液已经形成了一个与电镀液完全不同且更加完整并已系列化的体系。随着实际的需要和生产的发展，电刷镀液已经由原先单一品种发展到现在的

4、上百种，由单一的金属镀液发展到二元合金镀液、多元合金镀液、复合镀液和非晶态镀液等，在新品的开发方面主要集中在合金镀液、复合镀液及非晶态镀液3种不同类型体系的研究上H。1，并且在向含有纳米材料和稀土元素的复合镀层的方向发展。最近几年，在电刷镀技术的工艺、镀液配方、强化机理等方面取得了一些新进展，下面将对这些发展进行一个简单的概述。复合刷镀的共沉积机理目前，复合电刷镀工艺的共沉积机理尚未形成系统的、具有普遍性的理论和模型，在这方面的研究大多借鉴复合电镀机理的研究成果。虽然这两者的沉积过程不尽相同，但都基于电化学科学的规律，借助于电镀复合电沉积的理论的

5、研究成果和研究手段，仍有助于探索复合电刷镀的共沉积过程和机理。关干复合电沉积机理，归纳起来有3种理论，即吸附机理、力学机理和电化学机理旧。81。根据这几种机理，人们建立了不同的模型来描述复合电沉积的过程。其中比较有代表性的是Guglielmi模型和运动轨迹模型。Guglielmi模型憎1建立在电化学理论的基础上，认为复合电镀过程经过弱吸附和强吸附2个步骤。表面携带着离子与溶剂分子膜的微粒吸附在电极表面，这是粒子的弱吸附，粒子的弱吸附量比较大，只有小部分弱吸附的微粒可以脱去所吸附的离子和溶剂化膜，与阴极表面直接接触形成不可逆的电化学吸附，即强吸附步

6、骤，这也是整个过程的速度控制步骤。处于强吸附的粒子被沉积的金属原子所包埋并嵌入镀层。此理论以电化学原理为出发点，更有利于揭示复合电镀的实质，但此理论对于粒径稍大的微粒(1um以上)并不适用。运动轨迹模型u0J则是从共沉积沉积过程中微粒所受各种力的角度来建立的模型。Fransaer等人运用轨线方程分析微粒在液体流动场中的运动，借助数字运算求出微粒冲击电极的速度，若微粒冲击电极表面时受到的法向力大于切向力，它可滞留于电极表面被金属包埋。法向力和切向力的相对大小决定了微粒滞留在电极表面的概率。此模型在公式的推导过程中设定的限制条件较多，难以适用于其他体

7、系，此外该模型对外电场的作用考虑颇少，在应用中的普遍性也因此受到了限制。综合这些机理和模型，可以把微粒与金属的共沉积过程划分为以下3个步骤：(1)微粒向电极表面附近区域传递的过程，通过搅拌或对流等方式将悬浮于镀液中的微粒向阴极表面输送。对镀液的搅拌方式和强度将决定电极附近微粒的浓度，从而也会影响到镀层中颗粒的含量。(2)微粒吸附于电极上，这个过程有诸多因素对微粒与电极间作用力产生影响。微粒的特性及分散状态、镀液的成分和性质、复合电刷镀的工艺条件(包括电压、阴阳极相对运动速度、施镀温度等条件)都会对微粒的吸附有一定的影响。(3)吸附于阴极上的微粒逐

8、渐被不断沉积结晶的金属原子包埋，最终形成复合镀层。这个过程要求微粒于阴极上的吸附足够强，且能停留达到一定的时间，这个时间在不同的工艺下有