磁場(chǎng)和電流密度對(duì)電沉積復(fù)合鍍層影響概述

陳子波 韓寧 高爭(zhēng)

華北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院

一、前言

電沉積復(fù)合鍍層是利用鍍液中的金屬離子在待鍍材料陰極鍍上一層金屬。從而顯著提高復(fù)合鍍層的耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)電性等等。電沉積復(fù)合鍍層過(guò)程有操作簡(jiǎn)單、工藝成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于表面工程、制備新材料等領(lǐng)域[1]。電沉積復(fù)合鍍層憑借他優(yōu)良的性能和簡(jiǎn)易的制作方式廣泛受到關(guān)注，成為復(fù)合鍍層的研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[2]。而施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)和改變電流密度會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力，產(chǎn)生的洛倫茲力可以造成溶液擾動(dòng)[3]，從而對(duì)電沉積復(fù)合鍍層過(guò)程的陰極有很好的沖刷作用。陰極對(duì)抗磁性的微粒有排斥力，從而使微粒遠(yuǎn)離陰極表面，制得的鍍層微粒的含量增大，顯著提高了電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌和性能。本文列舉了施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)和改變電流密度對(duì)復(fù)合鍍層性能的影響。

二、施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)對(duì)復(fù)合鍍層性能影響

電沉積復(fù)合鍍層的過(guò)程中沒(méi)有施加磁場(chǎng)的情況下電沉積復(fù)合鍍層中合金顆粒含量增大[4-5]，制得復(fù)合鍍層的性能不佳。施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)可以有效的改變復(fù)合鍍層性能并改變復(fù)合鍍層的表面形貌。惰性微粒是影響復(fù)合鍍層性能的關(guān)鍵因素之一。施加穩(wěn)恒磁場(chǎng)帶來(lái)的MHD效應(yīng)對(duì)電鍍液有攪拌作用，這種攪拌作用可以使惰性微粒分布更加均勻，來(lái)提高電沉積復(fù)合鍍層的性能。施加的穩(wěn)恒磁場(chǎng)有平行磁場(chǎng)、垂直磁場(chǎng)和梯度磁場(chǎng)。施加磁場(chǎng)。以下則是對(duì)施加不同種磁場(chǎng)對(duì)復(fù)合鍍層性能影響的介紹。

（一）施加平行磁場(chǎng)

施加平衡磁場(chǎng)即在電沉積復(fù)合鍍層過(guò)程中，使電流方向與磁場(chǎng)方向保持平行。通過(guò)T.Yamada[6]研究發(fā)現(xiàn)，在平行磁場(chǎng)下的電沉積會(huì)使鍍層呈現(xiàn)“蜂窩”狀分布。因而平行磁場(chǎng)的施加對(duì)電沉積復(fù)合鍍層表面形貌有顯著改善。平行磁場(chǎng)的加入會(huì)產(chǎn)生MHD效應(yīng)和磁化力。平行磁場(chǎng)的施加帶來(lái)的這兩種效益有益于電沉積船只過(guò)程和離子運(yùn)動(dòng)，從而提高鍍層的結(jié)合力、耐磨性等。

（二）施加垂直磁場(chǎng)

施加垂直磁場(chǎng)即在電沉積復(fù)合鍍層過(guò)程中，使電流方向和磁場(chǎng)方向保持垂直。在垂直磁場(chǎng)下，電沉積復(fù)合Fe-微米Si顆粒時(shí)，使微米Si顆?？梢猿尸F(xiàn)紋狀分布[7]。垂直磁場(chǎng)的加入會(huì)帶來(lái)MHD效應(yīng)，對(duì)電沉積復(fù)合鍍層有很好的改善作用[8]。

（三）施加梯度磁場(chǎng)

梯度磁場(chǎng)的施加則有在原本施加的磁場(chǎng)中加入可磁化材料，就會(huì)在電極附近產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)。梯度磁場(chǎng)的作用則會(huì)使電沉積復(fù)合鍍層呈現(xiàn)“圓丘”狀排列。梯度磁場(chǎng)的施加帶來(lái)的磁場(chǎng)梯度力和磁場(chǎng)帶來(lái)的MHD效應(yīng)會(huì)使電沉積復(fù)合鍍層有定向排列的趨勢(shì)。因此，施加磁場(chǎng)會(huì)顯著提高電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌。

（四）電沉積復(fù)合鍍層施加磁場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)

電沉積復(fù)合鍍層施加磁場(chǎng)制備復(fù)合鍍層有設(shè)備簡(jiǎn)單、需要溫度低、成本小、方便控制等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，制備的復(fù)合鍍層具有更好的表面形貌，也提高了金屬表面的耐蝕性、耐磨性、耐高溫等性能。通過(guò)馮秋元對(duì)施加磁場(chǎng)對(duì)電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的性能研究表明，施加磁場(chǎng)獲得的復(fù)合鍍層的晶粒更加細(xì)化，鍍層形貌更加光滑，并且具有更好的耐磨性、耐蝕性以及耐高溫的性能。

三、改變電流密度對(duì)復(fù)合鍍層性能影響

電流密度的改變帶來(lái)的洛倫茲力可以顯著提高電沉積復(fù)合鍍層致密性。合適的電流密度可以很好地改變復(fù)合鍍層的顯微組織。電流密度過(guò)高和過(guò)低都會(huì)對(duì)復(fù)合鍍層性能有不好的影響。過(guò)低的電流密度會(huì)使復(fù)合鍍層的結(jié)合力降低，過(guò)高的電流密度會(huì)使復(fù)合鍍層顆粒變大從而使致密性下降。因此改變電流密度達(dá)到對(duì)電沉積復(fù)合鍍層最合適的電流密度可以很好的改變鍍層表面顆粒，來(lái)提高致密性。電流和磁場(chǎng)的相互作用會(huì)誘導(dǎo)發(fā)生MHD效應(yīng)，可以提高鍍液的傳質(zhì)作用，顯著提高復(fù)合鍍層的表面形貌。

四、結(jié)語(yǔ)

1.單獨(dú)施加磁場(chǎng)和改變電流密度都可以很好的改善電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌，二者相互作用也可以顯著改善其表面形貌。

2.施加不同類型的磁場(chǎng)對(duì)電沉積復(fù)合鍍層的影響是不同的，但都具有改變電沉積復(fù)合鍍層表面形貌的作用。目前在此方向研究尚未成熟，有很好的研究和未來(lái)應(yīng)用前景。