纳米复合镀工艺的研究现状

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 14:54:23点击率：

    引  言
    材料表面纳米化是表面工程发展的新趋势。使材料表面纳米化的手段主要有3种：表面涂层或沉积、表面自身纳米化以及二者的混合使用。目前研究较多的是种方法，该方法包括复合镀、离子镀、物理和化学气相沉积、激光涂覆等。而复合镀主要有复合电镀(复合电沉积)、复合化学镀和复合刷镀三种技术，对于制备含有陶瓷颗粒的金属基表面复合材料，复合镀是—种较理想的方法。和其它方法相比，复合镀具有如下特点：易于制备晶粒尺寸小于100nm的材料，对工件大小和形状的要求较低以及易于从实验研究转向实际生产。纳米复合镀是在复合镀基础上发展起来的一种新工艺，它用纳米颗粒代替了传统复合镀中使用的微米颗粒。纳米材料具有许多奇特的性能，它的引入对复合镀工艺产生了重大影响。因此纳米复合镀工艺已成为研究热点之一。
1   基质材料表面镀前处理
    复合镀使纳米颗粒同金属基体一起沉积在基质材料的表面，基质材料(substrate)的表面状态和性质将直接影响镀层的生长以及镀层与基质的结合强度。镀前处理对镀层的性能有很大影响。制备不同性能的镀层应采用相应的镀前处理工艺，目前复合镀常用基质材料为钢铁材料和铝合金，其镀前处理方法分别如下：
    (1)钢铁材料基质的常用镀前处理方法为：除油处理→活化处理→预镀层处理。
    (2)铝合金基质的常用镀前处理方法为：除油→碱蚀→含氟混酸处理→浸镍(或浸镍铁合金或镀碱性化学镍)。
    总之，预处理的目的就是为了得到一个清洁、被活化的或稳定的表面。复合镀层的使用性能既与镀层本身的性质有关，也与基质材料的性质有关，尤其是基质材料的表面状态。因此，要制备高性能的镀层材料，对于不同的基质材料应采取相应的镀前处理工艺。
2  纳米颗粒的分散
    纳米颗粒分散效果的好坏将直接关系到其在复合镀层中的分布和复合量，进而影响复合镀层的性能。纳米颗粒因其比表面积大而极易发生团聚，其分散是纳米复合镀工艺中的一个技术难题。目前常用的分散方法有机械搅拌、空气搅拌、超声分散和添加活性剂的化学分散，其中超声分散的效果较好。不同种类的纳米颗粒其分散性不同，例如纳米Al2O3颗粒的分散性不如纳米SiC颗粒。在研究中，往往采用几种分散方法相结合，下面介绍几种复合镀过程中常用纳米材料的分散。
    (1)碳纳米管Ts)：由Ts的长径比达到1000以上，加之本身是导电体，在电沉积过程中极易团聚。为此，一般首先  采用球磨方式Ts变短，其次在溶液中添加表面活性剂使Ts表面附上非电层，经超声波震荡Ts充分分散在溶液中。
    (2)纳米TiO2为保证TiO2粒子的充分分散，首先对其进行预处理，以减少表面能从而降低团聚力。然后对TiO2粒子分别进行空气搅拌、超声分散、超声分散加表面活性剂的复合分散，将TiO2粒子悬浊液倒人镀槽中稀释均匀。
    (3)纳米SiC：利用表面活性剂的润湿和分散作用对粉体进行表面改性，实现其在镀液中的分散和稳定。随阳离子表面活性剂的增加分散效果变好，但阳离子表面活性剂浓度相同的情况下，随SiC浓度的增加，其分散效果变差。
    (4)纳米Al2O3：在纳米复合镀工艺中，表面活性剂对纳米颗粒的分散有重要作用。表面活性剂的正确使用，可以有效的分散纳米粒子，增加复合镀层纳米粒子复合量以及纳米粒子的弥散分布，改善复合镀层的组织结构，增加复合镀层的硬度，提高复合镀层的性能。另外，表面活性剂对镀液也会产生影响，其浓度过高会使镀液产生泡沫，黏度增加。因此在实际生产中应正确地选择和使用表面活性剂。
3    纳米复合镀工艺
    目前常用的纳米复合镀工艺有纳米复合电镀、纳米复合化学镀以及纳米复合刷镀，这三种方法各有其特点。纳米电镀对形状复杂工件较为实用，且可进行大量生产，但镀层厚度可能会不均匀；相比之下，纳米复合化学镀可制得厚度均匀的镀层；而纳米复合刷镀可用于对大尺寸零件的局部修复。因此在实际应用中应根据具体情况选择复合镀工艺。

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