复合电镀技术的现状与展望

程舒来 周 慧 孔思诺 刘义辉

上海工程技术大学 上海 201620

1 引言

复合电镀作为一种先进的、制取复合材料的工艺，在最近几十年来一直受到越来越高的关注度，广泛应用于航空航天、电子、化工、能源等工程技术领域[1―2]。本文从复合电镀机理与特点的角度，总结并展望了国内外研究者在该领域的研究。

2 复合电镀的特点

复合电镀是金属与悬浮在镀液中的不溶性固体颗粒共同沉积形成镀层的一种工艺。通过这种工艺得到的镀层就是复合镀层。被用于沉积的金属或合金被称为基质，固体颗粒被称为分散剂。通过改变基质与固体分散剂，可以得到具有不同特殊性质的复合镀层。[3]

当耐磨性好、硬度高的硬质颗粒作为分散剂时，它们会支撑镀层受到的主要磨损，使镀层具有高耐磨性。[4]当云母、MoS2、WS2、氟化石墨作为分散剂时，这些具有低剪切强度的固体润滑剂颗粒，能降低表明的摩擦系数，让镀层具有自润滑功能，可用于常规润滑失效的高速、高温环境[5]。此外，加入二氧化硅，碳化钨，碳化硅等微粒可以大大提高材料的耐腐蚀性[6]；通过将陶瓷材料作为分散剂，填补纯镍镀层中的通孔，得到的镍基复合镀层是常见的耐腐蚀复合镀层[7]。

3 复合电镀的机理

对于复合电镀的机理，从20世纪60年代以来，国内外的许多学者已经提出过很多种不同的观点[8]，但是都不能很好的解释复合镀层的共沉积过程。

直到1972年，意大利学者Gugliemi综合考虑了过去提出的模型，对复合电镀的共沉积过程提出了弱吸附与强吸附的两步理论。他提出当金属或合金与分散剂共沉积时，微粒首先被溶剂分子和吸附离子覆盖，通过范德华力的作用形成一个弱的、可逆的吸附层；之后吸附了各种离子的微粒在电场的作用下向阴极移动；当带电荷的微粒移动到双电层时，会被增强的静电引力与阴极建立一个强吸附；在界面电场的影响下，微粒固定在阴极表面并被不断增厚的金属镀层捕获，最终形成复合镀层[9]。

两步吸附机理为金属和微粒共沉积过程的解释做出了重要贡献，是复合电镀机理研究的经典理论，后续很多模型的提出都建立在两步吸附机理与模型上[10―12]。

4 复合电镀技术未来的发展方向

随着现代科技的发展，对于镀层的性能要求也在相应的提高。相比传统复合电镀使用的微米颗粒，纳米粒子具有表面效应等一系列特殊的性质，对于镀层具有特殊的强化作用[13]。

而多元复合镀技术也是未来复合电镀技术的另一个发展方向。它制备的涂层性能更加优秀，可以满足更多使用场景。比如Ni―Cr Al Y多元复合镀层的抗高温能力要好于Ni―Cr二元复合镀层；Ni―Cr―SiC三元复合镀层具有传统Ni―Cr镀层所欠缺的耐腐蚀性能。[14]

此外还有梯度功能材料，这种新兴复合材料能实现材料正反两面的物理性质呈连续的梯度变化[16]，在航空航天领域应用前景十分广阔。

5 结语

从1920年第一个复合镀层在德国被获得，直到今天，复合电镀的工艺技术与机理研究在过去的一个世纪内正在逐渐被重视，尤其是在最近30多年里发展迅猛。相信在未来，复合电镀在相关领域的应用，必将全面提升材料表面防护等工程技术领域的制造水平。