4.7CompositeElectroplatingTechnology（復(fù)合電鍍）

1表面工程復(fù)合電鍍4.7.1復(fù)合共沉積概念復(fù)合共沉積是固體微粒均勻地分散在鍍液中，在攪拌的條件下，通過(guò)電化學(xué)或化學(xué)過(guò)程使這些固體微粒與基質(zhì)金屬共沉積，從而獲得某種具有特殊性能鍍層的方法

2表面工程復(fù)合電鍍4.7.2復(fù)合共沉積機(jī)理帶正電荷的微粒被高速流動(dòng)的液體帶到陰極表面附近后，在電場(chǎng)力的作用下，使帶電的微粒穿過(guò)雙電層吸附在陰極表面上，被金屬基質(zhì)鍍層包入而形成復(fù)合鍍層。SiC微粒與Ni-W-P合金共沉積的機(jī)理是：SiC微粒本身帶負(fù)電荷，當(dāng)加入到鍍液中，它會(huì)吸附周圍的正電荷，在流體動(dòng)力學(xué)和電場(chǎng)力的作用下，遷移到陰極表面形成弱吸附；其次，到達(dá)陰極表面的SiC微粒在靜電場(chǎng)力的作用下脫去水化膜與陰極直接接觸而形成強(qiáng)吸附；第三，吸附到陰極表面的SiC微粒被Ni-W-P合金捕獲一起沉積到鍍層中。3表面工程復(fù)合電鍍4.7.3復(fù)合電鍍的特點(diǎn)通過(guò)金屬電沉積的方法，將一種或數(shù)種不溶性的固體顆粒，均勻地鑲嵌到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層叫復(fù)合鍍層，這種利用金屬電沉積制備復(fù)合鍍層的方法叫復(fù)合電鍍。從定義可知，復(fù)合鍍層也含有兩種或兩種以上的成分：①基質(zhì)（體）金屬：即通過(guò)還原反應(yīng)而形成鍍層的那種金屬，是一種均勻的連續(xù)相。②不溶性固體顆粒：通常是不連續(xù)地分散于基質(zhì)金屬之中，組成一個(gè)不連續(xù)相。4表面工程復(fù)合電鍍

復(fù)合鍍層屬于金屬基復(fù)合材料，如果不經(jīng)過(guò)特殊的加工處理，基質(zhì)金屬和不溶性固體顆粒之間，在形式上是機(jī)械地混雜在一起，兩者之間的相界面基本上是清晰的，幾乎不發(fā)生相互擴(kuò)散現(xiàn)象，但是它們可以獲得基質(zhì)金屬與固體顆粒兩類物質(zhì)的綜合性能。

Ni-W-P

RE-Ni-W-P-SiC

5表面工程復(fù)合電鍍Surfacemorphonogiesofthecoatings

Fig.1Ni-WalloyFig.2Ni-W-SiCcompositecoating表面工程復(fù)合電鍍Surfacemorphonogiesofthecoatings

(a)Ni-W-P-B4C(b)Ni-W-P-B4C-PTFE（SEM×400）

表面工程復(fù)合電鍍SurfacemorphologiesofNi-W-P-SiCcompositea.DCcoatingb.f=50Hz，r=0.2（SEM×1000）

表面工程復(fù)合電鍍SurfacemorphologiesofRE-Ni-W-P-SiCcoatings

a.DCcoatingb.f=50Hz，r=0.4（SEM×1000）

表面工程復(fù)合電鍍SurfacemorphologiesofRE-Ni-W-P-SiC-MoS2coatings

a.DCcoatingb.f=33Hz，r=0.9（SEM×1000）

表面工程復(fù)合電鍍SurfacemorphologyofSS/PbO2-WC-ZrO2compositeelectrodematerials

表面工程復(fù)合電鍍Surfacemorphologyofelectrodes

(a)purePbelectrode

表面工程復(fù)合電鍍Surfacemorphologyofelectrodes

(b)directcurrentPb-WC-PANIcompositeelectrode

表面工程復(fù)合電鍍Surfacemorphologyofelectrodes

(c)pulsePb-WC-PANIcompositeelectrode

表面工程復(fù)合電鍍

與熔滲法，熱擠壓法，粉末冶金法相比，復(fù)合電鍍具有明顯的優(yōu)越性：<1>不需要高溫即可獲得復(fù)合鍍層：用熱加工法一般需要500～1000℃或更高溫度處理或燒結(jié)，故很難制取含有有機(jī)物的材料，而復(fù)合電鍍法大多是在水溶液中進(jìn)行，很少超過(guò)90℃。<2>操作簡(jiǎn)單，成本低：大多數(shù)情況可在一般電鍍?cè)O(shè)備、鍍液、陽(yáng)極、操作條件等基礎(chǔ)上略加改造（主要是增加使固體顆粒在鍍液中充分懸浮的措施等），就能用來(lái)制備復(fù)合鍍層。15表面工程復(fù)合電鍍<3>同一基質(zhì)金屬可以方便地鑲嵌一種或數(shù)種性質(zhì)各異的固體顆粒，同一種固體顆粒也可以方便地鑲嵌到不同的基質(zhì)金屬中。而且，改變固體顆粒與金屬共沉積的條件，可使顆粒在復(fù)合鍍層中的含量從0～50％或更高些的范圍內(nèi)變動(dòng)，從而使鍍層性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化。<4>可用廉價(jià)的基體材料鍍上復(fù)合鍍層，代替由貴重原材料制造的零部件。16表面工程復(fù)合電鍍17表面工程復(fù)合電鍍

按基質(zhì)金屬可分為：如Ni基，Cu基，Ag基等。

按固體顆?？煞譃椋孩贌o(wú)機(jī)物質(zhì)：如金剛石、石墨、各種氧化物(Al2O3，ZrO2)、碳化物(SiC、B4C、WC)、硼化物（TiB2）顆粒等；②有機(jī)物質(zhì)：如聚四氟乙烯、氟化石墨、尼龍等；③金屬顆粒：如鎳粉、鉻粉、鎢粉等。按復(fù)合鍍層用途可分為：①裝飾－防護(hù)性復(fù)合鍍層；②功能性復(fù)合鍍層：如具有機(jī)械功能的復(fù)合鍍層、具有化學(xué)功能的復(fù)合鍍層、具有電接觸功能的復(fù)合鍍層等；③用作結(jié)構(gòu)材料的復(fù)合鍍層。具體如下表：4.7.4復(fù)合鍍層的分類18表面工程復(fù)合電鍍復(fù)合電沉積防護(hù)性復(fù)合鍍層，Zn-Al耐磨性復(fù)合鍍層，Ni-SiC用作電接觸材料的復(fù)合鍍層Au-WC,Ag-La2O3能降低內(nèi)應(yīng)力的復(fù)合鍍層Ni-SiO2具有光電轉(zhuǎn)換效應(yīng)的復(fù)合鍍層Ni-TiO2具有催化功能的復(fù)合鍍層Ni-ZrO2制造鉆磨工具用的復(fù)合鍍層Ni-金剛石,Ni-B4C耐磨、抗氧化的復(fù)合鍍層，Co-Cr3C2自潤(rùn)滑復(fù)合鍍層，Ni-MoS219表面工程復(fù)合電鍍

要制備復(fù)合鍍層，需滿足下述基本條件：<1>粒子在鍍液中是充分穩(wěn)定的，既不會(huì)發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)促使鍍液分解。<2>粒子在鍍液中要完全潤(rùn)濕，形成分散均勻的懸浮液。為此，離子都需經(jīng)過(guò)親水處理，特別是那些疏水粒子，更應(yīng)作充分的親水處理，并要降低鍍液表面張力，這樣才能形成懸浮性好的鍍液。<3>鍍液的性質(zhì)要有利于固體粒子帶正電荷，即利于粒子吸附陽(yáng)離子表面活性劑及金屬離子。4.7.5復(fù)合鍍的條件20表面工程復(fù)合電鍍<4>粒子的粒度要適當(dāng)。粒子過(guò)粗，易于沉淀，且不易被沉積金屬包覆，鍍層粗糙；粒子過(guò)細(xì)，易于結(jié)團(tuán)成塊，不能均勻懸浮。通常使用0.1～10um的粒子，但以0.5～3um最好。<5>要有適當(dāng)?shù)臄嚢瑁@既是保持微粒均勻懸浮的必要措施，也是使粒子高效率輸送到陰極表面并與陰極碰撞的必要條件。21表面工程復(fù)合電鍍<1>基質(zhì)金屬與固體微粒分散相的選擇：應(yīng)根據(jù)鍍層的不同用途和性能要求來(lái)選擇。目前國(guó)內(nèi)外曾用于復(fù)合電鍍的基質(zhì)金屬與分散粒子列于表所示。4.7.5復(fù)合電鍍的工藝特點(diǎn)22表面工程復(fù)合電鍍表面工程復(fù)合電鍍復(fù)合電鍍中某些基質(zhì)金屬的性質(zhì)

表面工程復(fù)合電鍍

固體微粒的性質(zhì)

表面工程復(fù)合電鍍<2>微粒的活化處理：保證微粒在鍍液中潤(rùn)濕并均勻地懸浮，形成表面帶有電荷的膠體微粒?；罨幚碇饕幸韵氯N方法：①堿處理:在10～20％的NaOH溶液中煮沸5～10min后水洗數(shù)遍，再用10～15％的HCl(或H2SO4)溶液中和；②酸處理:在60～80°C的20～25％HCl溶液中加熱10～30min后水洗數(shù)遍；③表面活性劑處理。<3>顆粒的懸浮方法:使固體微粒均勻地懸浮于電解液中是獲得復(fù)合鍍層的必要條件。攪拌可使顆粒均勻地懸浮于電解液中。攪拌方法、攪拌速度不同，微粒與金屬的共沉積也不同。26表面工程復(fù)合電鍍<1>固體微粒在鍍液中的載荷量：一般來(lái)說(shuō)，在大多數(shù)復(fù)合鍍層體系中，固體微粒在鍍液中的載荷量(C,V%)增加，鍍層中固體微粒的含量(Α,V%)也隨之增加。但增加到一定的數(shù)值時(shí)，鍍層中微粒的含量不再繼續(xù)增加，有時(shí)甚至略有下降。

4.7.6影響復(fù)合鍍層中固體微粒含量的因素

27表面工程復(fù)合電鍍<2>電流密度的影響：電流密度的影響比較復(fù)雜，有三種情況：①隨電流密度提高，復(fù)合鍍層中的微粒含量增加。②隨電流密度提高，復(fù)合鍍層中的微粒含量減小。③隨電流密度提高，復(fù)合鍍層中的微粒出現(xiàn)一極大值。28表面工程復(fù)合電鍍<3>PH值：PH值的影響也較為復(fù)雜①PH值對(duì)鍍層中微粒含量沒(méi)有影響。②PH值下降，微粒在鍍層中的含量下降。③PH值下降，微粒在鍍層中的含量上升。29表面工程復(fù)合電鍍<4>溫度：溫度對(duì)微粒的共沉積量影響不大。一般來(lái)說(shuō)，隨溫度升高，微粒在陰極表面的物理吸附減弱，因而使微粒的共沉積量略有下降。<5>其它如電流波形，超聲波，磁場(chǎng)等也有一定影響，但不是主要的。

30表面工程復(fù)合電鍍4.7.7各種鍍層的溶液組成1．耐磨、耐高溫氧化的復(fù)合鍍層如Ni-SiC、Co-Cr3C2、Cr-SiC、Co-Cr2O3、Ni-B4C、RE-Ni-W-P-SiC、RE-Ni-W-B-B4C-MoS2等。這些復(fù)合鍍層已在汽車工業(yè)如汽缸套、石油地質(zhì)勘探業(yè)如鉆頭、機(jī)械加工業(yè)如復(fù)合刀具、造船工業(yè)如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體及剛體、航空工業(yè)如飛機(jī)的起落架、以及電子、宇航工業(yè)中得到應(yīng)用。31表面工程復(fù)合電鍍制備Co-Cr3C2,Co-Cr2O3復(fù)合鍍層的工藝規(guī)范如下：Co-Cr3C2Co-Cr2O3CoSO4.7H2O430~470g/l500g/lNaCl15~20g/l15g/lH3BO325~35g/l35g/lCr3C2(2~4um)350~550g/l/Co-Cr2O3(1~10um)/200~250g/lpH4.5~5.24.7Temp.50~60oC50oCDk4~6A/dm23~7A/dm2

32表面工程復(fù)合電鍍2．自潤(rùn)滑性鍍層如Cu-MoS2

、Ni-PTFE、Ni-石墨、Ni-氟化石墨等。主要用于橡膠、塑料模具以及金屬電鑄，提高其脫模性能。鍍液組成及工藝條件:RE-Ni-W-B-B4C-MoS2Ni-PTFENiCl2.6H2O20--30g/L45g/lNiSO4.7H2O/280g/l絡(luò)合劑60--80g/LH3BO340g/l添加劑10--20g/LPTFE(0.3um)50g/lKBH42--3g/LAdditive-115ml/lNa2WO4.2H2O40--60g/LAdditive-21ml/lB4C40--60g/LMoS210--20g/LRE3--5g/LDk5--104A/dm2T30—5045℃PH12.5--13.54.233表面工程復(fù)合電鍍3．耐磨性復(fù)合鍍層Ni-W-B-SiCNiCl2.6H2O30g/lNa2WO4.2H2O40--60g/LComplexagent(GZ-1)40—120g/lComplexagent(GZ-2)0—60g/lKBH41.5—3.5g/lSiC(size3.0~3.5μm)70g/lCurrentdensity(Dk)3—9A/dm2pH