表面活性剂在Ni-P-SiC化学复合镀中的应用

侯俊英（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛市 266061）

表面活性剂在Ni-P-SiC化学复合镀中的应用

侯俊英（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛市 266061）

主要研究了表面活性剂的加入对Ni－P－SiC化学复合镀中复合粒子的影响。为了使粒子得到良好的分散效果，选择了阴离子型、阳离子型和非离子型三种表面活性剂，在确定的复合镀工艺配方基础上，改变各表面活性剂加入量，进行试验。通过金相组织分析、显微硬度测量、结合强度和孔隙率等性能测试，得出十二烷基苯磺酸钠和AEO两种表面活性剂分散SiC粒子效果较好。

表面活性剂；化学复合镀；结合强度；硬度；孔隙率

1 引言

化学复合镀是在化学镀的基础上发展起来的一种表面处理技术：在化学镀镀液中加入不溶性的固体微粒如SiC等，通过搅拌或加入适当表面活性剂使固体微粒悬浮于溶液中，实现分散微粒与基质金属的共沉积，从而制备具有较高硬度、耐磨性、自润滑性、耐蚀性及特殊的装饰外观等功能性镀层，常应用在诸如压铸模表面性能改善的情况下。影响化学复合镀的因素有络合剂的选择、不溶性固体微粒的添加量、稳定剂、缓冲剂、表面活性剂、温度、pH和搅拌速度等，其中表面活性剂是对镀层性能影响较大的因素之一。表面活性剂是一种具有降低表面张力，减小表面能，能对溶液进行乳化、润湿、成膜等功能的物质，在复合镀过程中起润湿基体和微粒表面、分散不溶性固体颗粒、提高悬浮液的稳定性等作用[1－3]。本文拟对比三种不同表面活性剂及其加入量对复合镀层的影响，并通过对镀后试样的检测筛选出可适用于分散SiC粒子的表面活性剂种类及用量。

2 试验过程

本试验是将镀件采用常规的方法除油、除锈、活化后入槽，经过一定时间的镀覆，使镀件表面牢固地沉积一层与基体结合良好、硬度较高的、高质量的、耐用可靠的镀层。在Ni－P－SiC化学复合镀过程中，表面活性剂起润湿基体和微粒表面、提高悬浮液的稳定性等作用，对复合镀层性能影响较大。表面活性剂主要有阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子表面活性剂。在确定其它复合镀工艺参数的情况下，通过改变所选各表面活性剂的加入量，进行试验。

2.1 试验装置及材料

主要装置及用品包括76－1型恒温玻璃水浴、烧杯、引流棒、过滤布、温度计、pH试纸（施镀过程中调节pH值用）等。主要试验材料是30mm×40mm镀锌铁板若干。所用试剂包括硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、醋酸钠、盐酸、碘酸钾、十二烷基苯磺酸钠、氨水、3%～5%的硝酸酒精、无水酒精、表面活性剂等。复合粒子为微米级SiC。所用药品均为分析纯化学试剂。

2.2 试验方案

本试验拟采用的表面活性剂种类[4]和加入量如表1所示。

表1 试验方案

3 试验结果分析与讨论

3.1 镀层的金相组织

面活性剂十二烷基苯磺酸的加入量分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L和80mg/L时所得复合镀层，如图1所示。

由图1看出，选取十二烷基苯磺酸钠为表面活性剂时，镀层中粒子分布均匀，在施镀时间相同的前提下，镀层厚度随十二烷基苯磺酸钠加入量的增加而增加，在40mg/L时厚度最大而且SiC分布均匀。

表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的加入量分别为20mg/L、40mg/L、60mg/L和 80mg/L时所得复合镀层如图2所示。

根据图2可以看出，当选取十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂性时，不管加入量为多少都很难得到完整的镀层。所以对于Ni-P-SiC复合镀，十六烷基三甲基溴化铵并非是合适的表面活性剂。

表面活性剂AEO的加入量分别为3mL/L、5mL/L、7mL/L和9mL/L时所得复合镀层如图3所示。

由图3看出，脂肪醇聚氧乙烯醚为表面活性剂时，镀层均匀，在施镀时间相同的前提下，镀层厚度随脂肪醇聚氧乙烯醚加入量的增加而增加，在5mL/L时厚度达到最大值且有粒子分布，然后厚度稍有下降且看不到复合粒子。

3.2 镀层的硬度和厚度

对试验所得的镀层进行了显微硬度与厚度的测量，其结果如图4、图5所示。

由图4和图5可以看出，随着表面活性剂加入量的增加，镀层显微硬度和厚度都降低。十二烷基苯磺酸钠加入量为40mg/L时，镀层显微硬度达到最大值，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO）加入量达到7mL/L时，镀层显微硬度达到最大值，说明在此范围内，表面活性剂对SiC颗粒的分散效果最好，镀层中SiC颗粒分布均匀。但是表面活性剂的加入降低镀速。

3.3 镀层的结合强度和孔隙率

选取试验所得的各镀件，采用弯曲试验法对镀层与基体的结合强度进行测试，结果表明，以十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂时镀层经弯曲有起皮、脱落现象，以十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚为表面活性剂时，镀层结合良好，并随着加入量增加，结合力增强[5－6]。用化学法测定各镀件的孔隙率，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或脂肪酸聚氧乙烯醚时镀层孔隙率为零。结果表明：添加这两种表面活性剂时镀层致密，防腐蚀性较好。十六烷基三甲基溴化铵为表面活性剂时镀层孔隙率为2～3之间，随表面活性剂量的增加孔隙率增加，当表面活性剂为80mg/L时，表面起皮凸起严重镀层脱落（如图2）。

4 结论

（1）以十六烷基三甲基溴化铵（阳离子型表面活性剂）为表面活性剂的镀层质量差，所以不适合作为Ni－P－SiC复合镀的表面活性剂。

（2）以十二烷基苯磺酸钠（阴离子型表面活性剂）为表面活性剂的镀层，尤其在其含量为40mg/L～60mg/L时，镀层外观相对较好，厚度最厚，硬度最大，孔隙率极小；以脂肪醇聚氧乙烯醚（非离子型表面活性剂）为表面活性剂的镀层，尤其在其含量为5mL/L～7mL/L时，镀层最为均匀，结合最好，硬度较高，孔隙率极小。因此这两种表面活性剂能较好分散SiC粒子。

（3）随着表面活性剂加入量的增加，镀层硬度和厚度均降低。

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[4]万家瑰，李淑华.表面活性剂在Ni—P化学复合镀中的应用[J].电镀与涂饰，2006，11（25）：46～48.

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Application of Surfactants on Ni-P-SiC Chem ical Com posite Plating

HOU JunYing
（Institute of Mechanical Elec tron Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266061，Shandong China）

The effec ts on com posite partic les of the add ition of surfactants on the Ni-P-SiC electroless com posite p lating have been studied.For good partic le dispersion effect，3 kinds of surfactant of anionic,cationic and non-ionic type have been selected.Within determ ined formula of the com posite p lating p rocess,the adding amount of each surfactant has been changed.Through the m icrostructure analysis,m icrohardness measurement,combined w ith testing of streng th and porosity,resulting in that better SiC partic les d ispersion effect has been w ith two surfactants of SDBS and AEO.

Surfac tants；Chem ical com posite p lating；Bond streng th;Hardness；Porosity

TG174.44;

A；

1006－9658（2010）03－3

2010－02－22

2010－023

侯俊英（1967－），女，副教授，硕士，主要从事材料成型及金属材料表面改性处理方面的教学与研究工作