化学复合镀的研究与应用论文_王巧娈,薛永飞,刘士国

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摘要：化学复合镀是通过向镀液中加入具有特殊性能的惰性微粒使之与基质金属共沉积从而制备出具有特殊性能镀层的一种工艺。金刚石粒子由于具有高硬度、高耐磨性、耐高温高压、低摩擦系数等优点逐渐成为了研究热点。

关键词：化学复合镀；概述；特点；应用

引言

化学镀是开始于上世纪40年代，成熟于上世纪80年代的一种表面处理工艺，而我国化学镀专利申请则是在2009年后有了较快的增长。化学镀无需外加电源，均镀性极好，并且有很高的硬度、耐磨性和耐蚀性，因此在航空发动机、模具精修、汽车电子等行业得到了广泛的应用。

1、化学复合镀概述

化学镀Ni-P合金镀层具有许多优异的物理化学性能，如化学稳定性、耐腐蚀性、耐磨性、可焊性优异以及提高镀层自润滑性等，得到广泛应用。现在，国外已发展出多种复合材料镀液。不过，与化学镀一样，仍以Ni-P为基的复合镀液发展最快。

2、磁场对化学复合镀特性的影响

2.1镀层耐磨性能分析

拥有最小摩擦系数且镀层在试验条件下没被磨破的镀层只有金刚石粒子添加量为4g/L时，图1中曲线d，e，f分别是试样d，e，f的摩擦系数随时间变化的曲线。分析图1中三组复合镀层摩擦系数变化趋势可知，曲线e，f相差明显，3.6mT时得到的复合镀层摩擦系数明显低于2.6mT时得到的镀层，说明进行复合镀时，3.6mT时得到的镀层耐磨性优于2.6mT，因为随着磁场强度的增大，化学复合镀过程中镍离子的沉积更加有取向性更加致密，金刚石粒子沉积更加牢固，使镀层在受到摩擦时复合粒子不易脱落，另外金刚石粒子的低摩擦系数也使镀层耐磨性得到提高。曲线d（1.6mT），e（2.6mT）相差不明显，但1.6mT时得到的镀层耐磨性也不如3.6mT的镀层。

由图2可以看出，虽然随着磁场强度的增加，镀层的显微硬度先增大后减小，但是在不同的金刚石粒子浓度中，磁场对镀层显微硬度的影响程度却不尽相同。很明显，在金刚石粒子添加量为4g/L的镀液中，磁场强度的促进作用最明显;在金刚石粒子添加量为6g/L的镀液中，磁场的促进作用次之;金刚石粒子添加量为2g/L的镀液中最弱。造成这种现象的原因可能是，磁场对镀层显微硬度的影响主要是通过提高金刚石粒子的复合量与抑制金刚石粒子的团聚来实现的。在金刚石粒子添加量为2g/L的镀液中，虽然金刚石粒子团聚倾向较小但是粒子复合量也少，所以磁场在金刚石粒子添加量为2g/L的镀液中对镀层显微硬度提高不大。在金刚石粒子添加量为4g/L的镀液中，金刚石粒子在镀层中的复合量较金刚石粒子添加量为2g/L时显著增加，且团聚程度不大，在这种条件下，磁场强度的促进作用较容易发挥到最大。在1.6mT的磁场强度下，由于磁场较弱，对金刚石粒子沉积的促进作用和对金刚石粒子团聚的抑制作用都不明显，所以其显微硬度值较低。而在2.6mT磁场强度下对于次亚磷酸钠氧化的促进作用较为明显，有效地促进了镍、磷、金刚石粒子的共沉积，而且次亚磷酸钠氧化所产生的氢原子少量结合而产生的部分氢气，对反应界面产生轻微的搅拌作用，有效地抑制了金刚石粒子的团聚，最终获得了致密而均匀的复合镀层，所以其显微硬度最高。但当磁场强度增大到3.6mT时，由于次亚磷酸钠快速氧化所产生的氢原子大量结合形成氢气溢出反应界面，产生较强的搅拌作用，足以将吸附在界面上的镍离子、次亚磷酸根离子、金刚石粒子冲刷下来，最终减少了镀层的厚度和金刚石粒子的复合量，所以镀层显微硬度反而下降。

2、温度对复合镀液性能的影响

2.1温度对沉积速度的影响

化学镀液要发生明显的沉积反应，镀液温度通常在60℃以上。常用的酸性次亚磷酸盐体系的化学镀液施镀温度一般高于80℃，此时沉积速度较为明显。

不同温度下，复合镀液的沉积速度如图3所示。

图3温度对沉积速度的影响

由图3中看，温度越高，沉积速度越快，84-90℃时沉积速度的增幅明显。

2.2温度对稳定性的影响

硫脲与醋酸铅是常用的稳定剂，由于硫脲的稳定效果显著，在不同温度下所测得的稳定时间较长，不便于相互比较，故本次稳定性测试用醋酸铅为稳定剂，浓度为2mg/L。

复合镀液在各温度下的稳定时间如图4所示。

图5温度对镀后pH值的影响

从图5可知，施镀温度越高，pH值降低得越多，这是由于温度越高，化学反应速率越快，作为反应产物的H+也聚集得越快，使镀液pH值降低更迅速。

3、纳米粒子对复合化学镀镍层性能的影响

3.1表面活性剂的影响

加入表面活性剂就是一种化学分散的方法，表面活性剂主要有阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。通过在镀液中加入表面活性剂，表面活性剂包裹在纳米粒子的表面，使纳米粒子表面带有电荷，能够增加粒子之间的距离，减少范德华力的相互作用，从而稳定整个分散体系。

3.2搅拌方式的影响

在进行纳米化学复合镀的过程中，由于纳米粒子的加入，对镀液进行适当的搅拌非常必要，通常情况下采用机械搅拌的方法，且必须要有一个适当的搅拌速度。适当的搅拌速度能使镀液中的纳米粒子得到充分分散，从而得到更好质量的镀层。

结语

终上所述，本文从两个角度对复合镀的性能进行了分析，旨在帮助人们更好的了解其性能，进而将其应用于合适的领域，促进我国各个行业的发展。

参考文献:

[1]朱流，罗来马，吴玉程等.非贵金属活化预处理化学镀Ni包覆TiC陶瓷粉体的研究[J].材料热处理学报，2013，34（3）：150-153.

[2]陈步明，郭忠诚.化学镀研究现状及发展趋势[J].电镀与精饰，2011，33（11）：11-25.

论文作者:王巧娈,薛永飞,刘士国

论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期

论文发表时间:2018/12/14

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