纳米电镀技术论文

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1、纳米电镀技术的研究摘要：电镀是贵／廉金属复合材料生产的工艺方法之一，电子元件的电接触组件中，纳米电镀制造的纳米镀层和复合镀层，在耐磨性和使用寿命等方面有着更加优秀的表现。关键词：贵／廉金属复材料；纳米电镀；复合镀层1纳米电镀沉积技术电镀的基本原理就是在电场作用下，带电离子沉积在被镀物上，镀层质量与镀液中的离子浓度和工艺参数密切相关。随着工业生产自动化程度的日渐提高、工艺参数的选择及各种添加剂的合理使用，一种所谓纳米晶镀层结构已经得到实际应用，使得镀层的硬度、耐磨性有显著提高，光洁度和致密性得到改善，气孔率大幅度下降，出现“无气孔镀层”概念，这对于用于电接触材料的

2、贵金属镀层有着重要意义1.1电镀液的温度一般在20℃(常温)—65℃范围内进行调整，温度高，沉积速度快，但超过60℃会影响电镀液的稳定性。实践证明将镀液温度由20℃提高到50℃，可以使所谓阴极效应系数yk从160/—soo_4提高到5326～92%，但是温度的升高会使镀层结晶粗大。1.2电流密度电流密度的增加，有助于提高沉积速度，并降低镀层气孔率，但较大的电流密度会导致镀层晶粒粗大，硬度和耐磨性下降。1.3电流特性(1)直流电镀是最基本的工艺方法，电源获取简单，操作简便。(2)脉冲电流当q=2—5（q一脉冲电流周期／脉冲延续时间），镀液温度为30～50℃时，可以

3、获得亚微米无气孔Cu基镀Ni镀层，直流脉冲电流是使镀层结构致密、晶粒细化的重要工艺方法之一。(3)反向电流为了提高镀层的致密性和硬度，反向电流可以获得更加显著的效果，但会降低生产效率。当正向电流J。和反向电流Ji持续时间之比为5：0.5时，可以生成厚度为IVm的具有纳米晶结构的Ag/Cu(Cu基带预镀Ni)的无孔隙镀层。脉冲电流和反向电流在实际应用中可以采用计算机实现程序控制【1】。1.4电镀速度在连续高速电镀中，施镀基带的运行速度可达5～7m/min，电镀液中金属盐的补给和各种添加剂的补充采用自动检测和补加的方式，从而保证镀液中各种成分的稳定性。电镀速度、镀液

4、的温度、电流密度的调控由计算机实现全线自动控制，使产品质量得到有效保证【2】。2纳米复合电镀复合镀层的研究始于20世纪80年代【3】。实践证明，在镀层中引入高度弥散的纳米粒子，构成所谓纳米复合镀层，其表面电接触特性会发生很大变化，并可按照设计要求实现功能性的改进。例如将Ni包覆Si02纳米粒子引入Ni+P/Cu镀液中，Si02含量为lg/l_时镀层硬度可达HV600，经400℃、th热处理后，镀层硬度可达HV900；同样引入Ni包覆A1203纳米粒子、SiC纳米粒子、金刚石粉纳米粒子等，在Ni/Cu镀层中，都能大幅度提高镀层硬度，使其具有优良的抗微动摩擦性能【4

5、】。纳米粒子的引入方式和后工序加工及热处理工艺是纳米电镀的主要技术关键，前者保证复合镀层的制取，后者有助于进一步发挥复合镀层的最佳功能。2.1纳米粒子的特性可供纳米电镀的纳米粒子，应具有以下特点：(l)作为复合镀层强化支点的纳米粒子，自身必须具有较高的硬度，如金刚石粉、I。a203、Ti02、2r02、SiC、A1203、AIN等都已在生产中获得应用。(2)作为具有特殊功能（如自润滑功能、自愈合功能）的镀层的添加剂，应该选用通过实验证明其能够造就此项特殊功能的纳米粒子。(3)用于复合电镀的纳米粒子化学性能必须稳定，在生产工艺过程中和允许使用的温度范围内，不发生热

6、分解，不与周边物质发生化学反应，基本不发生晶形转变等。(4)首选市场易购且价格低廉、采用现有的工艺方法能够批量生产和定期保存而不发生团聚、结块、霉变等现象的纳米粒子。(5)复合电镀用纳米粒子一般呈球形或多面体形。(6)所选纳米粒子适合本厂工艺特点，经过预处理后与镀层金属有一定的亲合力。3纳米电镀的强化机理(1)低摩擦效应复合镀层中纳米粒子的含量，针对不同的电接触组件，对应不同的最佳含量，可获得最小的摩擦系数。例如在Ni-P-SiC体系中只有当SiC的体积分数为0.04～0.05时，复合镀层才具有最佳的滑动摩擦性能；而且Ni-P-SiC体系较Ni-P-AIz03体

7、系具有更小的摩擦系数。(2)弥散强化效应复合镀层中，由于高硬度纳米粒子的引入，提高了整体的硬度和耐磨性。例如：Ni-P-SiC复合镀层的显微硬度较Ni-P镀层提高了5倍；而具有纳米粒子的Ni-P-SiC复合镀层较Ni-P镀层的显微硬度提高了15倍以上。这是由于纳米复合镀层中单位表面积内纳米粒子数在同等体积份数的情况下，较普通复合镀层有大幅度增加。弥散强化效应作为纳米材料强化的基本特征，使纳米复合镀层的硬度和耐磨性得到提高是必然的。4结束语如前所述，纳米粒子的弥散强化作用可以提高镀层的硬度和耐磨性；纳米粒子的牢固粘合以及自身的抗磨性、自润滑特性、自愈合特性，是提高

8、镀层耐磨性和延长镀层使用