铜基Ni—SiC复合镀层工艺浅析

段利利

【摘 要】实验中采用垂直摆放电极制取镀层和改变电极摆放（水平摆放电极）来制取Ni-SiC纳米镀层，对镀层性能进行分析，优选出工艺参数为：电流密度：5A/dm2；搅拌速度：200rpm；温度：40℃；pH：3；镀液中纳米SiC的浓度为2g/l；电镀时间：40min。

【关键词】Ni-SiC 复合镀层 工艺参数 性能

复合电镀是通过金属电沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地夹杂到金属中以形成具有特殊性能的镀层。纳米级别的颗粒，其在电镀中的应用能较大幅度地改善镀层的磨损性能。

传统的电镀方法，两平行电极垂直放置，如图1（a）所示。设想，若将两平行电极水平放置，阴极置于阳极之下，如图1（b）所示。通常沉积的固体颗粒密度远大于电镀液的密度，它们在电镀液中自动快速沉降，这样，大量SiC颗粒沉积于基体表面将对Ni的沉积形成一定的阻碍，在此种情况对获得高硬度的复合镀层有什么影响。本文在研究传统电镀方法制取复合镀层并优化其工艺参数的基础上研究改变电极摆放方式后制取复合镀层工艺参数并优化。垂直摆放电极制取的复合镀层和纯镍镀层进行性能测试作对比。

1 实验方法

（1）制备纯镍镀层试样作为性能对比参照。以纯镍板作阳极，铜板作阴极。将处理好的阴极基体如图1（a）实验装置所示放置，接好电线，通脉冲电流进行电镀。

（2）制备纳米复合镀层试样。在制取纯镍镀层试样的装置基础上，放入纳米SiC，制取复合镀层，操作方法如前所述。

（3）改变电极摆放，如图1（b）实验装置所示放置，制取复合镀层。标记存好以备各种参数表征以及性能测试。电镀时间在40min。

（4）复合镀层制取工艺流程：配置镀液→电解除杂→过滤→加热→基体前处理→水洗→去污除油→水洗→酸洗活化→水洗→电镀（搅拌、超声波）→水洗→干燥→标记保存。

2 结果与讨论

在复合电镀过程中，电流密度是影响微粒复合沉积的一个关键因素。实验中，分别在电流密度为3A/dm2、4A/dm2、5A/dm2、7.5A/dm2條件下制取复合镀层，其他条件为pH：4-5；搅拌速度：300rpm；温度：50℃；时间：40min；脉冲电流、超声波。表1为不同电流密度下的镀层中SiC的含量（镀液中SiC 2g/l）。

从表1中可知，镀层中纳米SiC的含量随电流密度的增加先增加后减小，在5A/dm2时达到最大值。这是因为当电流密度较小时，电场强度较弱，阴极上沉积的金属较少，因而微粒的复合量也少。随着电流密度的增大，阴极对包裹着阳离子的纳米颗粒的吸引力逐步增大，这样，微粒向阴极表面沉积量和速度都会明显提升。

当电流密度增大到一定值时，微粒的强弱吸附达到平衡点，这时所得镀层中纳米微粒含量最高。分析表明：当电流密度过大时，颗粒向镀层传输并且沉积在镀层中的速率逐渐落后于金属沉积速度，而且氢的析出对颗粒和金属共沉积也会产生反作用。从表1可知，在所选实验条件下，当电流密度为5A/dm2时，镀层中纳米颗粒含量最高。

结语

（1）在本试验条件下，获得良好质量复合镀层的优选工艺参数为：电流密度：5A/dm2；搅拌速度：200rpm；温度：40℃；pH：3；镀液中纳米SiC的浓度为2g/l；电镀时间：40min，采用超声波搅拌作用。

（2）在工艺参数条件不变的条件下，垂直摆放电极获得的沉积层中纳米SiC颗粒含量高于水平摆放电极的沉积层。这是因为在水平摆放电极时，SiC颗粒的自沉降覆盖在阴极表面，影响了导电性，从而影响了基体金属Ni的沉积，导致第二相颗粒大幅减少。

参考文献

[1]黄辉，林志成，阳范文.镍-碳化硅复合电镀的研究[J].湖南大学学报，1996，23（4）：56-61.

[2]彭元芳，赵国鹏，刘建平等.Ni-Al2O3纳米复合电镀最佳工艺条件的确定[J].表面技术，2004，33（1）：53-55.