纳米复合电镀层的研究

叶群丽

(雅安职业技术学院药学检验系，四川　雅安　625000)



纳米复合电镀层的研究

叶群丽

(雅安职业技术学院药学检验系，四川雅安625000)

纳米复合电镀是获得纳米复合镀层的一种新工艺，能够很好地提高镀层的性能。纳米复合电镀层比一般的复合镀层具有更好的耐磨性、耐蚀性和更高的硬度。本文介绍了纳米粒子复合电镀层的结构及具有耐磨性能、耐腐蚀性能、自润滑性能、抗高温氧化性能和催化性能等不同功能的纳米复合电镀层，并对纳米复合电镀的发展前景进行了展望。

纳米；复合电镀；复合镀层；功能

随着纳米材料科学的发展，人们对纳米微粒性质的认识不断深化。纳米粒子因具有量子尺寸、小尺寸、表面与界面及宏观量子隧道效应，在磁学、力学、热学、光学、电学等领域得到广泛应用[1]。纳米复合电镀技术是将纳米微粒引入金属镀层中，其赋予金属镀层以纳米粒子独特的物理及化学性能，是纳米材料技术与复合电镀技术结合的结果，是复合电镀技术发展进程中的一次质的飞跃[2]。

纳米复合电镀是在普通电镀液中加入一种或几种一定浓度的不溶性的纳米固体颗粒(如SiC、Al2O3、TiO2、PTFE等)，并使其与被镀金属离子共沉积而得到具有耐磨、耐蚀、自润滑等功能的纳米复合镀层的一种技术[3]。具有优异特性的纳米颗粒材料在复合电镀中的应用促进着复合电镀层的发展。如何使其得到开发及实际应用，正日益成为复合电镀技术研究的重点。

1　纳米粒子复合电镀层的结构及性能

纳米粒子复合电镀层的结构如下[2]：①镀层由大量均匀弥散分布于基质金属中的纳米粒子和基质金属镀层两部分构成；②纳米粒子和基质金属共沉积过程中，纳米粒子使基质金属的晶粒大为细化，甚至可成为纳米晶；③镀层的纳米粒子质量分数通常在10%以内。

与具有相同组成、微粒粒径在微米尺度的普通复合镀层相比[3]，纳米复合电镀层因存在纳米粒子而表现出耐磨、自润滑、抗高温氧化、耐腐蚀、电及光催化等优异的性能。随着研究的深入，纳米复合镀层逐步发展成为复合电镀的一个非常重要的新分支，在机械、化工、航空航天、汽车、纺织以及电子工业等领域中有着广阔的应用前景，其中一些镀种己在生产中得到应用。

2　纳米复合电镀层的分类

根据功能特点纳米复合电镀层可分为耐磨、耐蚀、自润滑、抗高温氧化、催化功能等纳米复合电镀层。

2.1耐磨纳米复合电镀层

赵国刚等[4]电沉积制备了Ni-Al2O3纳米复合镀层，纳米Al2O3颗粒在镀层中分布均匀，复合镀层硬度较纯镍镀层高200 HV，磨损量为纯镍镀层的1/2，由于Al2O3的作用，复合镀层的磨损机理由普通镍镀层的黏着磨损变为磨粒磨损。薛玉君等[5]电沉积制备了Ni-La2O3纳米复合镀层，在干摩擦条件下，纳米复合镀层的减摩耐磨性能明显优于微米复合镀层和纯镍镀层，纳米La2O3颗粒增强镍基复合镀层的晶粒细小，结构更加致密，复合镀层硬度较纯镍镀层高2.15 GPa，磨损量为纯镍镀层的1/5。Zhou YB等[6]电沉积制备了Ni-Cr纳米复合镀层，随着镀层中纳米粒子Cr含量从0增加到11%，镀层的硬度提高约250 HV，磨损量逐渐减小。Maria Lekka等[7]电沉积制备了Ni-SiC纳米复合镀层，复合镀层与纯镍镀层相比晶粒细小，镀层致密，显微硬度提高了30%，耐磨性提高了35.7%。

2.2耐蚀性纳米复合电镀层

张文峰等[8]电沉积制备了Ni-ZrO2纳米复合镀层，在脉冲条件下得到的纳米复合镀层的腐蚀速率最小，纳米ZrO2颗粒以及脉冲电沉积工艺使得脉冲复合镀层具有较好的耐腐蚀性能。张刚等[9]电沉积制备了Ni-碳纳米管纳米复合镀层，与纯镍镀层相比，纳米复合镀层的腐蚀速率低，自腐蚀电位较正，极化率较大，耐NaCl溶液腐蚀的性能更好，碳纳米管的加入促进了镍的钝化显著提高了复合镀层的耐腐蚀性能。Li J等[10]电沉积制备了Ni-TiO2纳米复合镀层，TiO2均匀分散在镀层中，随着纳米粒子含量的增加和粒径的减小，复合镀层的硬度及耐蚀性都提高。Baghery P等[11]电沉积制备了Ni-TiO2纳米复合镀层，纳米粒子均匀分散在镍基中提高了镀层的耐蚀性能，随着纳米TiO2微粒的增加，镀层的极化电阻增大，腐蚀电流降低，腐蚀电位转化成正值。

2.3自润滑纳米复合电镀层

杜克勤等[12]电沉积制得了Ni-W-PTFE纳米复合镀层，PTFE质量浓度提高会使复合镀层的摩擦系数降低，PTFE在镀层中弥散使镀层表现了良好的自润滑性。陈卫祥等[13]制备出了含有无机类富勒烯纳米材料的Ni-P-WS2纳米复合镀层，该镀层具有良好的耐磨性和自润滑性能，纳米复合镀层的磨损量是Ni-P镀层的1/5～1/7，其摩擦系数为0.024～0.035，Ni-P镀层的摩擦系数为0.1。Shi L等[14]电沉积制备了Ni-Co-MoS2纳米复合镀层，MoS2均匀分布在复合镀层中，纳米粒子的加入使得复合镀层摩擦系数和磨损率都较合金镀层小。

2.4抗高温氧化纳米复合电镀层

司东宏等[15]超声电沉积制备了Ni-ZrO2纳米复合镀层，该复合镀层表现出良好的抗高温氧化性能，纳米颗粒以及超声波的晶粒细化作用均显著提高纳米复合镀层的抗高温氧化性能，该复合镀层晶粒最小、氧化增重量最少、显微硬度最高、磨损率最小。姚素薇等[16]电沉积制备了Ni-W/ZrO2纳米复合镀层，该复合镀层氧化增重为合金镀层的1/2，纳米ZrO2微粒的加入使Ni-W/ZrO2镀层的结构发生变化，其高温热稳定性较合金提高39 ℃，镀层表面平整。Xue YJ等[17]超声脉冲电沉积制备了Ni-CeO2纳米复合镀层，该复合镀层在800 ℃下具有较纯镍镀层好的抗高温氧化性能，纳米复合镀层具有较小的晶粒和较好的抗高温氧化性，超声搅拌使得纳米粒子均匀分散、镀层中纳米粒子含量稍微减少、复合镀层的晶粒更加细化、提高了镀层的抗高温氧化性，超声阻止了氧化物NiO的生长，使生成的氧化膜致密。

2.5催化功能纳米复合电镀层

李爱昌等[18]复合电沉积制备了(Ni-Mo)-TiO2纳米复合镀层电极，该纳米复合电极具有较高的催化析氢活性，随着镀液中TiO2悬浮量的增加，电极的析氢催化活性先增大后减小，其电极电势相对于Ni-Mo电极正移了120 mV，相对于Ni电极正移了542 mV。Deguchi T等[19]在钢片上从硫酸锌镀液中快速电镀出了Zn-TiO2纳米复合镀层，将其用作气相氧化CH3CHO的光催化电极，光催化活性随TiO2含量的增加而提高。将其在673 K下进行热处理，由于形成ZnO与TiO2的良好协同效应，这种纳米复合电极的光催化活性提高1.5倍。

3　结　语

纳米颗粒的加入能显著提高复合镀层的性能，纳米材料是当今材料领域的研究热点，因此纳米材料在复合镀层中的研究应用具有很好的发展前景。纳米复合电镀作为一种新技术，需要研究者付出很多的努力才可逐渐得到完善。

[1]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京科学出版社,2001.

[2]王为,郭鹤桐.纳米复合镀技术[J].化学通报,2003 (3):178-183.

[3]王健,孙建春,丁培道,等.纳米复合镀工艺的研究现状[J].表面技术,2004,33(3):1-3.

[4]赵国刚,张海军,周月波.Ni-纳米Al2O3复合镀层结构和耐磨性能研究[J].材料保护,2008,41(6):11-13.

[5]薛玉君,段明德,李济顺.纳米和微米La2O3颗粒增强镍基复合镀层的摩擦磨损性能[J].中国机械工程,2006,17(3):311-314.

[6]Zhou YB,Zhou GG,Zhang HJ.Fabrication and wear properties of co-deposited Ni-Cr nanocomposite coatings[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20(1):104-109.

[7]Maria Lekka,Niki Kouloumbi,Mauro Gajo,et al.Corrosion and wear resistant electrodeposited composite coatings [J].Electrochimica Acta,2005,50(23):4551-4556.

[8]张文峰,朱荻.Ni-ZrO2纳米复合电镀层的制备及其耐蚀性研究[J].腐蚀科学与防护技术,2006,18(5):325-328.

[9]张刚,李绍禄,陈小华,等.碳纳米管/镍基复合镀层的腐蚀行为[J].中国有色金属学报,2003,13(4):996-1000.

[10]Li J,Sun Y,Sun X,et al.Mechanical and corrosion-resistance performance of electrodeposited titania-nickel nanocomposite coatings[J].Surface & Coatings Technology,2005,192(2-3):331-335.

[11]Baghery P,Farzam M,Mousavi A. B,et al.Ni-TiO2nanocomposite coating with high resistance to corrosion and wear[J].Surface & Coatings Technology,2010,204(23):3804-3810.

[12]杜克勤,寇瑾,严川伟.复合电沉积(Ni-W)-PTFE工艺的研究[J].电镀与精饰,2004,26(1):9-12.

[13]陈卫祥,徐铸德,陈文录,等.含有无机类富勒烯纳米材料的复合镀层及其制备方法[P].中国专利:CN1332270A.

[14]Shi L,Sun CF,Liu WM.Electrodeposited nickel-cobalt composite coating containing MoS2[J].Applied Surface Science, 2008,254(21):6880-6885.

[15]司东宏,薛玉君,申晨.超声电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层及其结构和性能的研究[J].表面技术,2010,39(3):10-12.

[16]姚素薇,姚颖悟,张卫国,等.Ni-W/ZrO2纳米复合镀层耐高温氧化性能分析[J].天津大学学报,2007,40(3):308-311.

[17]Xue Y J,Liu H B,Lan M M,et al.Effect of different electrodeposition methods on oxidation resistance of Ni-CeO2nanocomposite coating[J].Surface & Coatings Technology,2010,204(21-22):3539-3545.

[18]李爱昌,龙运前,刘辉,等.复合电沉积制备(Ni-Mo)-TiO2电极及其电催化析氢性能[J].材料科学与工艺,2009,17(6):793-796.

[19]Deguchi T,Imai K,Matsui H,et al.Rapid electroplating of photocatalytically highly active TiO2-Zn nanocomposite films on steel[J].Journal of Materials Science,2001,36(19):4723-4729.

Study on Nanocomposite Electrodeposits

YEQun-li

(Pharmaceutical Inspection Department, Ya’an Vocational Technology, Sichuan Ya’an 625000, China)

Nanocomposite electroplating is a new technology which can be used to prepare nanocomposite coatings and improve the performance of the coatings. Compared with general composite plating, nanocomposite electrodeposits has better wear resistance, corrosion resistance and higher hardness. The structure of nanocomposite coatings was introduced. The nanocomposite electrodeposits with the different functions of wear resistance, corrosion resistance, self-lubrication, high temperature oxidation resistance and catalytic activity were reviewed. The prospect of nanocomposite electroplating was presented.

nano; composite electroplating; composite electrodeposits; function

叶群丽(1985-)，女，助教，主要从事化学分析与教学。

TQ153.1

A

1001-9677(2016)05-0037-02