納米復(fù)合電鍍層的研究

葉群麗

(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)檢驗(yàn)系，四川　雅安　625000)

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納米復(fù)合電鍍層的研究

葉群麗

(雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)檢驗(yàn)系，四川雅安625000)

納米復(fù)合電鍍是獲得納米復(fù)合鍍層的一種新工藝，能夠很好地提高鍍層的性能。納米復(fù)合電鍍層比一般的復(fù)合鍍層具有更好的耐磨性、耐蝕性和更高的硬度。本文介紹了納米粒子復(fù)合電鍍層的結(jié)構(gòu)及具有耐磨性能、耐腐蝕性能、自潤(rùn)滑性能、抗高溫氧化性能和催化性能等不同功能的納米復(fù)合電鍍層，并對(duì)納米復(fù)合電鍍的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

納米；復(fù)合電鍍；復(fù)合鍍層；功能

隨著納米材料科學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)納米微粒性質(zhì)的認(rèn)識(shí)不斷深化。納米粒子因具有量子尺寸、小尺寸、表面與界面及宏觀量子隧道效應(yīng)，在磁學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1]。納米復(fù)合電鍍技術(shù)是將納米微粒引入金屬鍍層中，其賦予金屬鍍層以納米粒子獨(dú)特的物理及化學(xué)性能，是納米材料技術(shù)與復(fù)合電鍍技術(shù)結(jié)合的結(jié)果，是復(fù)合電鍍技術(shù)發(fā)展進(jìn)程中的一次質(zhì)的飛躍[2]。

納米復(fù)合電鍍是在普通電鍍液中加入一種或幾種一定濃度的不溶性的納米固體顆粒(如SiC、Al2O3、TiO2、PTFE等)，并使其與被鍍金屬離子共沉積而得到具有耐磨、耐蝕、自潤(rùn)滑等功能的納米復(fù)合鍍層的一種技術(shù)[3]。具有優(yōu)異特性的納米顆粒材料在復(fù)合電鍍中的應(yīng)用促進(jìn)著復(fù)合電鍍層的發(fā)展。如何使其得到開發(fā)及實(shí)際應(yīng)用，正日益成為復(fù)合電鍍技術(shù)研究的重點(diǎn)。

1　納米粒子復(fù)合電鍍層的結(jié)構(gòu)及性能

納米粒子復(fù)合電鍍層的結(jié)構(gòu)如下[2]：①鍍層由大量均勻彌散分布于基質(zhì)金屬中的納米粒子和基質(zhì)金屬鍍層兩部分構(gòu)成；②納米粒子和基質(zhì)金屬共沉積過(guò)程中，納米粒子使基質(zhì)金屬的晶粒大為細(xì)化，甚至可成為納米晶；③鍍層的納米粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在10%以內(nèi)。

與具有相同組成、微粒粒徑在微米尺度的普通復(fù)合鍍層相比[3]，納米復(fù)合電鍍層因存在納米粒子而表現(xiàn)出耐磨、自潤(rùn)滑、抗高溫氧化、耐腐蝕、電及光催化等優(yōu)異的性能。隨著研究的深入，納米復(fù)合鍍層逐步發(fā)展成為復(fù)合電鍍的一個(gè)非常重要的新分支，在機(jī)械、化工、航空航天、汽車、紡織以及電子工業(yè)等領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，其中一些鍍種己在生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

2　納米復(fù)合電鍍層的分類

根據(jù)功能特點(diǎn)納米復(fù)合電鍍層可分為耐磨、耐蝕、自潤(rùn)滑、抗高溫氧化、催化功能等納米復(fù)合電鍍層。

2.1耐磨納米復(fù)合電鍍層

趙國(guó)剛等[4]電沉積制備了Ni-Al2O3納米復(fù)合鍍層，納米Al2O3顆粒在鍍層中分布均勻，復(fù)合鍍層硬度較純鎳鍍層高200 HV，磨損量為純鎳鍍層的1/2，由于Al2O3的作用，復(fù)合鍍層的磨損機(jī)理由普通鎳鍍層的黏著磨損變?yōu)槟チＤp。薛玉君等[5]電沉積制備了Ni-La2O3納米復(fù)合鍍層，在干摩擦條件下，納米復(fù)合鍍層的減摩耐磨性能明顯優(yōu)于微米復(fù)合鍍層和純鎳鍍層，納米La2O3顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合鍍層的晶粒細(xì)小，結(jié)構(gòu)更加致密，復(fù)合鍍層硬度較純鎳鍍層高2.15 GPa，磨損量為純鎳鍍層的1/5。Zhou YB等[6]電沉積制備了Ni-Cr納米復(fù)合鍍層，隨著鍍層中納米粒子Cr含量從0增加到11%，鍍層的硬度提高約250 HV，磨損量逐漸減小。Maria Lekka等[7]電沉積制備了Ni-SiC納米復(fù)合鍍層，復(fù)合鍍層與純鎳鍍層相比晶粒細(xì)小，鍍層致密，顯微硬度提高了30%，耐磨性提高了35.7%。

2.2耐蝕性納米復(fù)合電鍍層

張文峰等[8]電沉積制備了Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層，在脈沖條件下得到的納米復(fù)合鍍層的腐蝕速率最小，納米ZrO2顆粒以及脈沖電沉積工藝使得脈沖復(fù)合鍍層具有較好的耐腐蝕性能。張剛等[9]電沉積制備了Ni-碳納米管納米復(fù)合鍍層，與純鎳鍍層相比，納米復(fù)合鍍層的腐蝕速率低，自腐蝕電位較正，極化率較大，耐NaCl溶液腐蝕的性能更好，碳納米管的加入促進(jìn)了鎳的鈍化顯著提高了復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能。Li J等[10]電沉積制備了Ni-TiO2納米復(fù)合鍍層，TiO2均勻分散在鍍層中，隨著納米粒子含量的增加和粒徑的減小，復(fù)合鍍層的硬度及耐蝕性都提高。Baghery P等[11]電沉積制備了Ni-TiO2納米復(fù)合鍍層，納米粒子均勻分散在鎳基中提高了鍍層的耐蝕性能，隨著納米TiO2微粒的增加，鍍層的極化電阻增大，腐蝕電流降低，腐蝕電位轉(zhuǎn)化成正值。

2.3自潤(rùn)滑納米復(fù)合電鍍層

杜克勤等[12]電沉積制得了Ni-W-PTFE納米復(fù)合鍍層，PTFE質(zhì)量濃度提高會(huì)使復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)降低，PTFE在鍍層中彌散使鍍層表現(xiàn)了良好的自潤(rùn)滑性。陳衛(wèi)祥等[13]制備出了含有無(wú)機(jī)類富勒烯納米材料的Ni-P-WS2納米復(fù)合鍍層，該鍍層具有良好的耐磨性和自潤(rùn)滑性能，納米復(fù)合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5～1/7，其摩擦系數(shù)為0.024～0.035，Ni-P鍍層的摩擦系數(shù)為0.1。Shi L等[14]電沉積制備了Ni-Co-MoS2納米復(fù)合鍍層，MoS2均勻分布在復(fù)合鍍層中，納米粒子的加入使得復(fù)合鍍層摩擦系數(shù)和磨損率都較合金鍍層小。

2.4抗高溫氧化納米復(fù)合電鍍層

司東宏等[15]超聲電沉積制備了Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層，該復(fù)合鍍層表現(xiàn)出良好的抗高溫氧化性能，納米顆粒以及超聲波的晶粒細(xì)化作用均顯著提高納米復(fù)合鍍層的抗高溫氧化性能，該復(fù)合鍍層晶粒最小、氧化增重量最少、顯微硬度最高、磨損率最小。姚素薇等[16]電沉積制備了Ni-W/ZrO2納米復(fù)合鍍層，該復(fù)合鍍層氧化增重為合金鍍層的1/2，納米ZrO2微粒的加入使Ni-W/ZrO2鍍層的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其高溫?zé)岱€(wěn)定性較合金提高39 ℃，鍍層表面平整。Xue YJ等[17]超聲脈沖電沉積制備了Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層，該復(fù)合鍍層在800 ℃下具有較純鎳鍍層好的抗高溫氧化性能，納米復(fù)合鍍層具有較小的晶粒和較好的抗高溫氧化性，超聲攪拌使得納米粒子均勻分散、鍍層中納米粒子含量稍微減少、復(fù)合鍍層的晶粒更加細(xì)化、提高了鍍層的抗高溫氧化性，超聲阻止了氧化物NiO的生長(zhǎng)，使生成的氧化膜致密。

2.5催化功能納米復(fù)合電鍍層

李愛昌等[18]復(fù)合電沉積制備了(Ni-Mo)-TiO2納米復(fù)合鍍層電極，該納米復(fù)合電極具有較高的催化析氫活性，隨著鍍液中TiO2懸浮量的增加，電極的析氫催化活性先增大后減小，其電極電勢(shì)相對(duì)于Ni-Mo電極正移了120 mV，相對(duì)于Ni電極正移了542 mV。Deguchi T等[19]在鋼片上從硫酸鋅鍍液中快速電鍍出了Zn-TiO2納米復(fù)合鍍層，將其用作氣相氧化CH3CHO的光催化電極，光催化活性隨TiO2含量的增加而提高。將其在673 K下進(jìn)行熱處理，由于形成ZnO與TiO2的良好協(xié)同效應(yīng)，這種納米復(fù)合電極的光催化活性提高1.5倍。

3　結(jié)　語(yǔ)

納米顆粒的加入能顯著提高復(fù)合鍍層的性能，納米材料是當(dāng)今材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，因此納米材料在復(fù)合鍍層中的研究應(yīng)用具有很好的發(fā)展前景。納米復(fù)合電鍍作為一種新技術(shù)，需要研究者付出很多的努力才可逐漸得到完善。

[1]張立德,牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].北京科學(xué)出版社,2001.

[2]王為,郭鶴桐.納米復(fù)合鍍技術(shù)[J].化學(xué)通報(bào),2003 (3):178-183.

[3]王健,孫建春,丁培道,等.納米復(fù)合鍍工藝的研究現(xiàn)狀[J].表面技術(shù),2004,33(3):1-3.

[4]趙國(guó)剛,張海軍,周月波.Ni-納米Al2O3復(fù)合鍍層結(jié)構(gòu)和耐磨性能研究[J].材料保護(hù),2008,41(6):11-13.

[5]薛玉君,段明德,李濟(jì)順.納米和微米La2O3顆粒增強(qiáng)鎳基復(fù)合鍍層的摩擦磨損性能[J].中國(guó)機(jī)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]張文峰,朱荻.Ni-ZrO2納米復(fù)合電鍍層的制備及其耐蝕性研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù),2006,18(5):325-328.

[9]張剛,李紹祿,陳小華,等.碳納米管/鎳基復(fù)合鍍層的腐蝕行為[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào),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,嚴(yán)川偉.復(fù)合電沉積(Ni-W)-PTFE工藝的研究[J].電鍍與精飾,2004,26(1):9-12.

[13]陳衛(wèi)祥,徐鑄德,陳文錄,等.含有無(wú)機(jī)類富勒烯納米材料的復(fù)合鍍層及其制備方法[P].中國(guó)專利: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]司東宏,薛玉君,申晨.超聲電沉積制備Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層及其結(jié)構(gòu)和性能的研究[J].表面技術(shù),2010,39(3):10-12.

[16]姚素薇,姚穎悟,張衛(wèi)國(guó),等.Ni-W/ZrO2納米復(fù)合鍍層耐高溫氧化性能分析[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào),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]李愛昌,龍運(yùn)前,劉輝,等.復(fù)合電沉積制備(Ni-Mo)-TiO2電極及其電催化析氫性能[J].材料科學(xué)與工藝,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

葉群麗(1985-)，女，助教，主要從事化學(xué)分析與教學(xué)。

TQ153.1

A

1001-9677(2016)05-0037-02