Ni_SiC纳米复合电镀工艺的研究
纳米复合镀层的研究历程
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词： 纳米粒 子 ；复合镀 层 ；复合 电沉积 ； 学复合 镀 ； 化 耐磨 性 ； 腐蚀性 耐
文 献标 识码 ： Ａ
中图分类 号 ： Ｑ ５ ．９ Ｔ １ ３ １
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｏ ｒ ｅ ｏ ｅ ｔ ０ ｅ Ｏ ｉｅ ｎ ｅ ｔ ｏ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｕ ｓ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｄ ｐ ｓｔ ｄ ａ ｄ Ｅｌ ｃ ｒ ｌ ｓ Ｎａ ｏ ｏ ｐ ｓｔ ａ ｉ ｓ ｎ ｃ ｍ ｏ ｉｅ Ｃｏ ｔ ｎｇ
２ １ 年６月 ０２
电 镀 与 精 饰
第 ３ 卷第 ６ 总 ２１ ４ 期（（ ０ ２ ０ －０ ５ ０ １０ －８ ９ ２ １ ） ６０ ２ － ５
纳 米 复 合 镀 层 的 研 究 历 程
郭 崇 武
（ 广州 超邦 化工 有 限公 司 ， 广东 广州 ５０６ ） １４０
ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ａ ｅ ｉｔ ｎ ｅ；ｃ ｒｏ ｉ ｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔｎ ｅ
引 言
纳米 材料是 ２ ０世纪 ８ ０年代发 展起 来 的新 型材
镀 层 。与普 通复合 镀 层 相 比， 类镀 层 具 有 更优 异 这 的性能 ， 因而 制备 纳米 复合 镀 层 已经 成 为 近 年来 国 内外竞 相 研 究 的 热 点 。 目前 已 经 制 备 出多 种 具 有 不 同功 能 的纳米 复合 镀 层 ， 分 工 艺 已应 用 于 生产 部 实践 中。制 备 纳 米 复 合 镀 层 可 以 提 高 金 属 或 合 金 耐磨损 、 耐擦 损 和抗 蠕 变 的性 能 ， 高 耐 腐 蚀性 、 提 高 温强度 和 高温 抗 氧化 性 ， 为 干性 自润 滑 镀 层 、 作 电
表面工程--复合电镀
BaSO4、SrSO4
Co
Al2O3、Cr2O3、Cr3C2、WC、TaC、BN、ZrB2、Cr3B2、金刚石
Fe
Al2O3、Fe2O3、SiC、WC、B、PTFE、MoS2
Cr
Al2O3、CeO2、ZrO2、TiO2、SiO2、UO2、SiC、WC、ZaB2、TiB2
Au
Al2O3、Y3O3、SiO2、TiO2、ThO2、CeO2、TiC、WC、Cr3B2、BN
Ag
Al2O3、TiO2、BeO、SiC、BN、MoS2、刚玉、石墨、La2O3
Zn
ZrO2、SiO2、TiO2、Cr2O3、SiC、TiC、Cr3C2、Al
Ni-Mn Al2O3、SiC、Cr3C2、BN
性质
复合电镀中某些基质金属的性质
Cr Fe Co Ni Cu Zn Ag Au
Pb
密度（g/cm3) 7.19 7.86 8.90 8.90 8.94 7.13 10.4 19.23 11.34 9
a. DC coating
b. f=50Hz，r=0.2
（SEM×1000）
Surface morphologies of RE-Ni-W-P-SiC coatings
a. DC coating
b. f=50Hz，r=0.4
（SEM×1000）
Surface morphologies of RE-Ni-W-P-SiC-MoS2 coatings
<3>镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于粒 子吸附阳离子表面活性剂及金属离子。
<4>粒子的粒度要适当。粒子过粗，易于沉淀， 且不易被沉积金属包覆，镀层粗糙；粒子过 细，易于结团成块，不能均匀悬浮。通常使 用0.1～10um的粒子，但以0.5～3um最好。
化学镀Ni_P_PTFE复合镀层的研究进展
化学镀Ni P PTFE 复合镀层的研究进展熊涛(武汉船用电力推进装置研究所,武汉430064)摘 要:综述了近年来国内外在Ni P PT FE 复合镀层方面的研究进展。
重点探讨了表面活性剂、温度、pH 值、PT F E 粒子的分散等工艺参数对镀速、复合镀层中粒子分布及含量的影响,讨论了复合镀层的摩擦磨损性能及耐蚀性能,最后指出了Ni P P T FE 复合镀应用中存在的问题和未来发展方向。
关键词:N i P PT F E;化学复合镀;摩擦磨损;耐蚀性中图分类号:T G174.4 文献标识码:A 文章编号:1005 748X(2010)08 0636 03Research Progress in Electroless Ni P PTFE C omposite CoatingsXIONG Tao(Wuhan Institute of M ar ine Electric Pro pulsion,W uhan 430064,China)Abstract:Research pr og ress o f electro less N i P P T F E com posite co atings at home and abr oad in recent years isreviewed.T he effect s of surfacant ,temperatur e,pH,dispersing metho d o f P T FE o n the deposition behav ior of electro less co mpo site films are focused.T he fricto n w earability and cor rosion resistance o f composite coat ings ar e discussed.T he ex isting pr oblems and furture development o f electro less N i P P T FE ar e indicated.Key words:N iP PT F E;electr oless composit e co ating;friction and w ear ;co rr osion r esistance 0 引 言化学镀Ni P 镀层具有良好的耐蚀性、耐磨性、可焊性、厚度均匀以及良好的结合强度等优点,在航空航天、化工、机械、电子、汽车等领域得到了广泛应用[1]。
TC4钛合金表面Ni-SiC复合电沉积
DOI: 10.19289/j.1004-227x.2021.11.004 TC4钛合金表面Ni−SiC复合电沉积汪建琦1，刘浩2，李家柱3, *（1.天津琦玮金属表面处理有限公司，天津301614；2.国家电投集团氢能科技发展有限公司，北京102209；3.北京蓝丽佳美化工科技中心，北京100096）摘要：在离子蚀刻预处理及磁控溅射镀过渡镍层之后，在TC4钛合金上制备了结合力良好的镍−碳化硅复合镀层。
扫描电镜表征及摩擦磨损测试的结果表明，在镍镀层中均匀分散的碳化硅颗粒可有效提高其耐磨性。
关键词：钛合金；镍；碳化硅；复合电沉积；离子蚀刻；磁控溅射；形貌；摩擦学中图分类号：TQ153.2 文献标志码：A 文章编号：1004 – 227X (2021) 11 – 0834 – 04Electrodeposition of Ni–SiC composite on TC4 titanium alloyWANG Jianqi 1, LIU Hao 2, LI Jiazhu 3, *(1. Tianjin Qiwei Metal Surface Treatment Co., Ltd., Tianjin 301614, China;2. State Power Investment Corporation Hydrogen Energy Co., Ltd., Beijing 102209, China;3. Beijing Blue Chemicals Center, Beijing 100096, China)Abstract: A Ni–SiC composite coating with good adhesion strength was electrodeposited on TC4 titanium alloy pretreated by ion etching and magnetron sputtered with a Ni intermediate layer. The scanning electron microscopic characterization and the friction and wear test result showed that the uniform distribution of SiC particles in the electrodeposited Ni coating effectively improves its wear resistance.Keywords:titanium alloy; nickel; silicon carbide; composite electrodeposition; ion etching; magnetron sputtering; morphology; tribology钛合金是20世纪50年代发展起来的重要结构材料，是在钛的基础上通过添加其他元素而形成的。
脉冲电镀Ni—SiC镀层及其表征
网络 出版 时间： ２ ０ １ ３ ． １ － １ ３ １ ６ ： ５ ４ 网 络 出版 地 址 ： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗｗｗ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ３ ３ ． １ ３ ３ １ ． Ｔ Ｊ ． ２ ０ １ ３ ０ １ １ ３ ． １ ６ ５ ４ ． ０ １ ４ ． ｈ ｔ ｍｌ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｄａ ｑ ｉ ｎ ｇ １ ６ ３ ３ １ ８， Ｃｈ ｉ ｎ ａ；
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脉 冲 电镀 Ｎ ｉ — Ｓ ｉ Ｃ 镀层及其表征
王勇’ ， 高杨 ’ ， 马春 华
（ １ ． 东北石油大学 机械科学与工程学 院 材料系 ， 黑龙 江 大庆 １ ６ ３ ３ １ ８ ； ２ ． 大庆油 田有限责任公 司 采 油四厂 ， 黑龙江 大庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ）
ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ Ｎｉ
随着我国经济与科技的高速发展
纳米电镀技术的研究覃贵化工本11 2011111740摘要：随着高新技术的发展，纳米技术深入到生活的各个领域当中，与我们息息相关的电镀也不例外。
本文主要探索纳米技术现在和将来在电镀中的应用，并展望其未来发展之路。
关键词：纳米，电镀，应用，发展。
随着我国经济与科技的高速发展，世界制造业的重心已逐步向我国转移。
与此同时，电镀行业以其独有的性能显得越发重要。
由于其具有较强的装饰性与功能性，且通用性强、应用面广等特点，已成为我国制造业中不可或缺，并且不断发展的行业。
国内电镀行业现状和特征如下：1、行业发展现状目前国内电镀企业已超过4万家，较正规的生产线已超过5000条，具有30亿平方米电镀面积的加工能力，电镀行业年产值数百亿元。
电镀企业集中分布在机器制造工业、轻工业、电子工业、航空、航天及仪器仪表工业。
2、企业规模和技术水平电镀行业企业规模普遍较小，年电镀能力超过100,000 m2的企业不足500家。
少数合资企业和正规专业化企业拥有国际先进水平的设备和设施，但是大多数中小企业仍在使用许多过时的技术和设备，大量的生产线为半机械化和半自动化控制，一些甚至为手工操作。
3、行业分布据统计，目前33.8%的电镀企业分布在机器制造工业，20.2%在轻工业，5-10%在电子工业，其余主要分布在航空、航天及仪器仪表工业。
4、镀种构成我国电镀加工中涉及最广的是镀锌，其次是镀铜、镍、铬，其中镀锌占45-50%，镀铜、镍、铬占30%，阳极化处理占15%，电子产品镀铅/锡、金约占5%随着我国工业的振兴和优化环境建设标准的提高，我国制定了《中华人民共和国清洁生产促进法》，并于2003年1月1日起实施。
因此，各地政府通过市场调查、技术论证，参考国外经验，提出了集中建设电镀工业园的设想，对电镀行业重新定位。
通过集中管理，达到重新规划产业发展，引导电镀技术升级改造，提高电镀工艺科技含量，最大限度的解决长期以来困扰环保部门对电镀污染源由于太分散而得不到彻底根治的问题。
镀液中SiC含量和粒径对Ni_P_SiC复合化学镀层性能的影响
文章编号:1003 1545(2002)08 0008 04镀液中SiC含量和粒径对N i P SiC复合化学镀层性能的影响张清霄(郑州大学机械工程学院 郑州450002)摘 要 采用化学镀方法制备了N i P SiC复合镀层,系统研究了镀液中SiC含量和粒径对镀层结构及显微硬度的影响。
结果表明,镀层中SiC析出量随镀液中SiC含量的增加而增加,在SiC含量一定的情况下,当SiC粒径为7.0 m时,析出量最大;镀液中SiC的含量和粒度对原始镀层的硬度影响不大,但对400 热处理后的镀层硬度有显著影响。
关键词 化学镀 Ni P SiC复合镀层 性能中图分类号:T G174.44 文献标识码:AEffect of Concentration and Size of SiC Particle on theProperties of Ni P SiC Electroless Plated Composite Coats Zhang Qingx iao(S chool of M echanical Engineeri ng,Zhengzhou U niversity,Zhengzhou450002,China)Abstract Effect of concentration and size of SiC particle in plat ing bath o n the structur e and hardness o f electrolessNi P SiC plated composite coats was systematically studied.T he test results show ed that the pr ecipitating amount ofSiC in the co mposite coats increases with concentration of SiC in the plating bath and reaches the max imum at thesize of SiC about7.0 m when the concentr atin is certain.T he co ncentration and particle size of SiC in the platingbath have little effect on the hardness of as received composite coats,but they obv iously affect the har dness of the composite coats heat treated at400 .Keywords Electroless plating N i P SiC composite coats Pro perty化学镀是利用化学还原剂使金属离子在具有催化活性的镀件上形成金属或合金镀层的方法。
热处理对Ni—SiC镀层表面形貌和性能的影响
第３ ６ 卷 第１ 期
２ ０ １ ３ 年 １ 月
Hale Waihona Puke 兵器材料科学 与工程 ＯＲ ＤＮＡＮＣ Ｅ ＭＡ Ｉ ． 】 ＲＩ ＡＬ Ｓ Ｃ Ｉ ＥＮ ＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ
Ｖｏ Ｉ ． ３ ６ Ｎｏ ． １
Ｊ ａ ｎ ． ， ２ ０１ ３
网络 出版 时间： ２ ０ １ ３ — １ — １ ３ １ ６ ： ５ ７ 网络 出版地 址： ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｎ ｅ ｔ ／ ｋ ｃ ｍ ｓ ／ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ／ ３ ３ ． １ ３ ３ １ ． Ｔ Ｊ ． ２ ０ １ ３ ０ １ １ ３ ． １ ６ ５ ７ ． ０ １ ５ ． ｈ ｔ ｍ ｌ
—
Ｓ ｉ Ｃ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ＤＣ ｐ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ，ＡＣ ｐ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｕ ｌ ｔ ｒ ａ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ — ＡＣ ｐ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｓ ８ ８ ４ ＨＶ，９ ０ ２ ＨＶ ａ ｎ ｄ ９１ ５ ＨＶ ，ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｅ
镀层耐腐蚀性 能最差 。
关键词 热处理 ； 表面形貌 ； 显微 硬度 ； 耐腐蚀性 能
镍基SiC纳米微粒复合电镀研究
引 言
最早 出现 且 应 用 很 广 的镀 镍 工 艺 为 瓦 特 镀 镍
ｒ ａ ｔ ｅ ｏ ｎ Ｓ ｉ Ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｎｉ — Ｓ ｉ Ｃ ｎ ａ ｎ ｏ － ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｆ ０ ｕ ｎ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ Ｓ ｉ Ｃ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｈ ａ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｓ ｉ Ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｎ Ｎｉ — Ｓ ｉ Ｃ ｎ ａ ｎ ｏ — ｃ ｏ ｎ—
Ｗ ＡＮＧ Ｙｏ ｎ ｇ ． １ ． ． ｉ，ＹＵ Ｊ ｉ ｅ
（ １ ．Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ Ｚ ｈ ｏ ｕ ， Ｆ ｏ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ Ｔ ｒ ｕ ｇ Ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ５ ２ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ， Ｓ Ｃ Ｕ Ｔ ， Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ６ ４ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ni-SiC复合体系循环伏安分析研究
图 ２ 纯镍 、Ｎｉ ． Ｓ ｉ Ｃ镀液 的循环 伏 安 曲线
附 和 附 着 ，以 及在 溶 液 中的混 杂 ，必 将 屏 蔽阴 极有效的放 电面积 ，减小有效阴极沉积的反应
场 所 ，阻碍 有效 的 电荷 转移 。 可 以看 出 ， 加 人粉体 后 ， 和标 准 Ｗａ ｔ ｔ ｓ 镀 液 相 比 ，并 没 有 影响 到循 环 伏 安 曲线 的 形 式 。但 是仔 细 观察 Ｎｉ 反 向扫描 时 的溶 解峰会 发 现 ， 第
（ １ ）根 据 实际 电镀 体 系循 环 伏 安 曲线 ，曲 线０ Ｎ一 ０ ． ６ Ｖ位 置 出现 了第 一 个显著 的还 原峰 ， 此 峰 为氢 的 前置 强吸 附峰 ， 在－ ０ ． ７ Ｖ 附近还 原 电
有效 沉积 的反 应场 所 ，阻碍 电荷转移 过程 。
流 再 次增 大 ，开 始 了第 二个 电化 学反应 过 程 ，
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图 １ 不 同扫 描速 度 下标 准 Ｗａ ｔ ｔ ｓ 镀 液循 环伏 安 曲线 图１ 给 出 了不 同扫描 速度 下 纯铜 工作 电极 在 标 准 Ｗａ ｔ ｔ ｓ 镀 液 中的 的循环 伏 安 曲线 。 根 据 实 际 电镀 体 系循 环伏 安 曲线 ，曲线 ０ Ｈ． ０ ． ６ Ｖ 位 置 出现 了第 一个 峰 ，在一 ０ ． ７ Ｖ 附近 电流再 次增 大 。 经 分析 ，认 为第一 峰 为氢 吸附 造成 的前 置 吸附 峰 ，－ ０ ． ７ Ｖ 的 电流增 大 对应 于 Ｎｉ 的还 原析 出 。
逆” 的转 变 ，从 而根 据 峰 电流 、峰 电势及 峰 电势 差 和 扫描 速 率 之 间 的函 数 关系 判 断反 应 的可 逆
复合电镀
复合电镀近20年来高速发展起来的复合镀层，已成为复合材料中的一支新军，在工程技术中获得了广泛的应用。
通过金属电沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地夹杂到金属镀层中所形成的特殊镀层就是复合镀层。
这种制备复合镀层的方法，称之为复合电镀。
这种技术在国内外还有一些其它名称。
例如弥散电镀、镶嵌电镀、分散电镀或组合电镀等等。
考虑到它是制造复合材料的一种方法，以复合电镀这一名称，更能反映出这类过程的实质性作用。
利用化学镀技术来获得复合镀层时，可称之为复合化学镀，若以电铸法制备复合镀层，则为复合电铸。
因为复合电镀的应用，远比复合化学镀和复合电铸广泛得多，而且复合电镀中的许多规律性东西，有相当大的一部分也适用于复合化学镀和复合电铸，因此在研究复合镀层时，常常用复合电镀为代表。
复合电镀可以在一般的电镀设备、镀液、阳极等基础上略加改造（主要是增加使固体颗粒在镀液中充分悬浮的措施等等），就可用来制备复合镀层。
对复合镀层的分类，如以构成复合镀层的组分来分（所采用的基质金属），则可区分为镍基复合镀层、铜基复合镀层、银基复合镀层等等。
镍基复合镀层是当前应用最广的一种复合镀层。
本章重点介绍这一类复合镀层。
如果按照复合镀层的用途来分类，则可以分为装饰一防护性复合镀层、功能性复合镀层及用做结构材料的复合镀层三大类，这和普通镀层的分类方法是一致的，在功能性复合镀层这一类中根据复合镀层所具有的不同功能和使用中对它们的要求，可将它们分为以以下几类：1.具有机械功能的复合镀层用SiC、Al2O3、ZrO2、WC、TiC等固体微粒与镍、铜、钴、铬等基质金属形成的各种复合镀层，具有较高的耐磨性。
通常称为耐磨的复合镀层。
在目前研究与使用的功能性复合镀层中，耐磨的镀层占绝大部分。
自身具有润滑性能的微粒，如MoS2、石墨、氟化石墨、聚四氟乙烯等，能与铜、镍、铁、铅、铅锡合金等基质金属形成自润滑的复合镀层，称之为减磨的复合镀层。
另外，金刚石颗粒与镍共沉积形成的复合镀层，可用来制备各种磨削工具，例如金刚石砂轮、钻头、什锦锉、油石以及金刚石滚轮等。
电镀参数对电镀镍层性能的影响
电镀参数对电镀镍层性能的影响摘要：碳化硅（SiC）作为第三代宽禁带半导体材料，具有良好的热导性、宽带隙、大击穿电场等优良特性，被广泛应用于高温、高频、大功率等电子器件上。
但是由于碳化硅具有很高的硬度和化学稳定性，Si-C键合能较大导致湿法刻蚀无法达到要求，因此针对深孔或高台阶刻蚀多采用感应耦合等离子体（ICP）对SiC进行刻蚀，目前研究人员系统研究了ICP刻蚀条件、气体组成等各种工艺条件对SiC刻蚀的影响；其中镍作为刻蚀掩膜层被广泛应用在刻蚀SiC中，因此镍的耐刻蚀性很重要，在一定程度上决定了刻蚀过程中的SiC/Ni的选择比（SiC 刻蚀量与Ni刻蚀量的比值），在同等刻蚀条件下，镍消耗少，SiC/Ni的选择比就高，则所需镍层就薄，从而减少了工艺时间，提高了工艺效率。
关键词：电镀参数；电镀镍层性能；影响引言随着我国工业化进程的加快，所有制成品的质量要求不断提高，大型设备和基本设备所用零部件的质量要求也不断提高。
某些外星部件或特殊零件的表面加工直接影响结构件的质量。
例如，如果深孔零件需要均匀的衬层厚度，则内部应力不能发生变化。
大型设备的大多数部件由多种材料组成，通常是陶瓷、铁和镍合金、铜和铜、银合金、钎焊等。
，以及类似深孔螺纹的铜合金和铁合金铆钉。
对于大型设备或关键设备上的零件产品，镀层质量要求非常严格，除了孔隙率低和联接力高外，厚度必须非常一致。
否则，如果在恶劣环境中长期使用设备，则主电池可能会在焊接或连接部件的不同位置发生腐蚀，从而大大缩短部件生命周期，并导致大型设备的质量下降，甚至出现重大损失。
1.镀液温度对镀镍层性能的影响镀液温度对镀镍层的显微硬度和刻蚀SiC/Ni选择比的影响。
随着镀液温度的升高，镀镍层的显微硬度和SiC/Ni的刻蚀选择比均呈先增大后减小的趋势。
材料的力学性能与材料的微观组织、晶粒大小和材料致密度等密切相关。
由Hall-Petch关系可知，镀层的硬度与平均晶粒尺寸呈反比，平均晶粒尺寸越小，镀层的硬度越高，晶粒尺寸随着镀液温度升高而减小，因此相应的硬度也随之变大；当镀液温度升到60℃时，镀层易生成粗晶，同时氨基磺酸根离子的氧化分解产生的副产物夹杂到镀层中，从而使得镀镍层显微硬度降低。
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Ni 2SiC 纳米复合电镀工艺的研究A Study of Ni 2SiC N ano 2Composite Plating Process张文峰, 朱 荻, 薛玉君, 赵 飞 (南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)ZHANG Wen 2feng ,ZHU Di ,XUE Yu 2jun ,ZHAO Fei(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016)摘要: 分析了镀液中纳米SiC 悬浮量、阴极电流密度、镀液p H 值、温度以及搅拌速度对复合沉积层中纳米SiC 复合量和共沉积速率的影响,同时用正交实验法优选了各工艺参数,并且对Ni 2SiC 纳米复合镀层进行了表面形貌和能谱分析。
结果表明,Ni 2SiC 纳米复合镀层表面平整光滑,显微组织均匀、致密,并且,其显微硬度也较纯镍镀层有明显提高。
关键词: 纳米复合镀层;表面形貌;工艺参数;显微硬度Abstract : The effects of SiC concentration in electrolyte ,cathodic current density ,stirring rate ,p H value and temperature on SiC content in Ni 2SiC nano 2composite coating and codeposition rate are analyzed.The optimized process parameters are obtained by or 2thogonal test ,and the surface morphology and energy spectrum of the Ni 2SiC nano 2composite coating are also analyzed.The results show that the Ni 2SiC nano 2composite coating has a flat morphology and compact microstructure ,and its micro 2hardness is remarkably improved as compared with that of pure nickel coating.K ey w ords : N ano 2composite coating;Surface morphology;T echnology parameter ;Micro 2hardness中图分类号:TG 153.43 文献标识码:A 文章编号:100024742(2004)0420010204基金项目:国家自然科学基金资助项目(50075040)1 前言利用复合电沉积技术可以获得具有许多特殊功能的复合镀层。
近年来的研究表明,复合电沉积技术作为一种制备复合材料的新工艺,已在材料科学领域中占有一定的地位。
纳米材料由于其独特的结构而具有小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面和界面效应等与传统材料不同的物理和化学性质[1]。
电沉积纳米复合镀层是利用电化学的原理,将纳米微粒与欲沉积金属的离子在阴极表面实现共沉积,并形成具有某些特殊功能的纳米复合电镀工艺。
纳米复合镀层由于其中含有性能优异的纳米微粒,因而可以显著提高其耐磨、减摩、耐蚀和抗高温氧化等性能,在机械、化工、航空航天、汽车、纺织以及电子工业等领域有着广阔的应用前景。
2 实验2.1 实验装置在复合电沉积实验中,镀槽采用1000mL 烧杯,阴、阳极材料分别选用不锈钢板和电解镍板,阴、阳极面积之比为1∶2,极间距为30mm 。
电源采用W Y J 22直流稳压电源,由速度可控的H J 25恒温磁力搅拌器控制镀液温度,并配以磁力搅拌。
2.2 基础镀液及工艺参数基础镀液成分:硫酸镍300g/L 、氯化镍35g/L 、硼酸40g/L 。
为了减少影响因素,所用试剂均为分析纯,并用去离子水配制镀液。
工艺参数:纳米SiC 微粒粒径40～60nm ,镀液中纳米SiC 的质量分数2～8g/L ,阴极电流密度2～5A/dm 2,p H 值3.0～4.5,镀液温度30～60℃,搅拌速度200～500r/min ,沉积时间120min ,表面活性剂适量。
为使纳米微粒充分润湿且均匀分散于镀液中,试验前先用超声波将镀液搅拌30min ,再磁力搅拌2h 。
2.3 复合镀层的检测用L EO 21530VP 型场发射扫描电镜(SEM )对纳米复合镀层进行表面形貌和组织结构的分析,用络合滴定分析法(减差法)测定复合镀层中纳米微粒的质量分数,并用扫描电镜附件能谱仪(EDS )对检测结果进行对比分析。
沉积速率的测定采用在每个试件(40mm ×20mm )的上、中、下部位共选取三点,测量其厚度,并定义其平均值与所用沉积时间之比为沉积速率(μm/h )。
用HXS 21000A 型显微硬度计进行复合镀层显微硬度的测定,载荷100g ,保持时间10s ,对每个试样的中央和四角边缘处进行测定,取其平均值。
3 结果及分析3.1 复合共沉积过程影响因素的分析3.1.1 镀液中SiC 微粒悬浮量图1为镀液中SiC 微粒悬浮量对复合镀层中纳米微粒复合量和沉积速率影响的实验结果。
实验条件:镀液温度40℃,p H 值4.0,阴极电流密度J k 为3.0A/dm 2,搅拌速度300r/min。
图1 SiC 微粒悬浮量对镀层中SiC 复合量和沉积速率的影响 实验表明,在复合电沉积过程中,复合镀层中纳米微粒复合量随镀液中纳米微粒悬浮量的增加而增大。
这是因为,镀液中微粒悬浮量增大,在单位时间内通过搅拌作用被输送到阴极表面的微粒数量就越多,微粒进入沉积层的几率也就越大,即镀层中SiC 微粒的复合量就越多。
但是,当镀液中SiC 微粒悬浮量超过6g/L ,复合量增加的幅度有所降低,并且,复合镀层表面粗糙程度及脆性也有所增大。
这可能是由于在阴极表面吸附的纳米微粒数量超过了基质金属的包容能力,并且纳米微粒在镀液中相互碰撞而产生团聚,导致纳米微粒表面荷电程度有所降低,同时镀液中SiC 微粒会对阴极上尚未完全嵌牢的SiC 微粒有一定的冲刷作用所致。
因此,在复合电沉积过程中,镀液中纳米微粒的悬浮量不宜过高。
由图1可见,沉积速率随镀液中纳米微粒悬浮量的增加而呈下降趋势。
这是由于随镀液中纳米微粒悬浮量的增大,吸附在SiC 微粒表面的镍离子的量也在增加,导致镀液中单独沉积的有效镍离子数量减少,而镍离子的沉积速率大于SiC 微粒的沉积速率,并且纳米微粒的团聚会对镍离子的还原与沉积产生一定程度的位阻效应,因此,复合电沉积过程中的总沉积量减少,表现为沉积速率随镀液中纳米微粒悬浮量的增大而下降。
3.1.2 阴极电流密度在镀液中SiC 微粒的悬浮量为6g/L ,p H 值4.0,温度为40℃,搅拌速度300r/min ,复合镀层中纳米SiC 微粒复合量和沉积速率与阴极电流密度的关系,如图2所示。
图2 阴极电流密度对镀层中纳米SiC 复合量和沉积速率的影响 实验表明,在复合电沉积过程中,增大电流密度可以提高基质金属的沉积速率,缩短极限时间,最终导致单位时间内嵌入沉积层的纳米微粒数量增大。
但当阴极电流密度超过3.0A/dm 2时,复合量随电流密度的增大而减少。
这是因为当阴极电流密度较小时,沉积的金属量较少,所能嵌入纳米微粒的数量有限;随着阴极电流密度增大,阴极的过电位会相应提高,电场力增强,即阴极表面对纳米微粒的吸附能力增强。
所以电流密度的增大对微粒与基质金属的共沉积有一定的促进作用;另一方面,电流密度的提高意味着基质金属沉积速率的加快。
但是,当电流密度大于某一临界值时,基质金属的沉积速率远大于纳米微粒的沉积速率,此外,沉积层表面所嵌入微粒的位阻效应也在一定程度上阻碍了纳米微粒与金属的共沉积,其结果使镀层中纳米微粒的复合量有所下降。
在实验中同时发现,随阴极电流密度的增大,复合沉积层表面的粗糙程度有所加大。
这可能是由于随着电流密度的提高,浓差极化增大,使双电层放电离子贫乏,从而导致其它离子放电,并且由于阴极表面各部位沉积速率的差异,导致基质金属形成枝晶结构的异常生长,最终使复合沉积层品质恶化。
由图2可见,提高电流密度可以提高沉积速率。
这是因为在纳米微粒含量一定时,镍离子受到的阻碍力不变,沉积速度只取决于镍离子的还原速率。
如前所述,随着电流密度的增大,电场力增强,即阴极对镍离子的静电引力增强,使得镍离子在阴极上发生还原反应的几率增大,从而表现为沉积速率随电流密度的增大而增大;同时可见,沉积速率的提高对于提高纳米微粒的复合量几乎不起作用。
3.1.3 镀液p H 值控制SiC 微粒悬浮量为6g/L ,镀液温度为40℃,搅拌速度300r/min ,阴极电流密度J k 为3.0A/dm 2。
当改变镀液的p H 值时,复合镀层中纳米SiC 微粒复合量和沉积速率的变化趋势,如图3所示。
图3 p H 值对镀层中SiC 复合量和沉积速率的影响 当镀液p H 值较低时,H +吸附在纳米微粒表面上,使其表面呈正电性,有利于纳米微粒在电场力作用下向阴极移动,但此时在阴极表面上有大量H 2析出,反而不利于共沉积的进行;随着p H 值的升高,镀液中H +离子浓度下降,电沉积时H 2的析出量减少,降低了由于析氢而引起的对微粒在阴极表面吸附所产生的不利影响,有利于复合量和沉积速率的提高;但p H 值过高,则有可能造成阴极表面局部碱化,产生高度分散的镍的氢氧化物,导致镍离子浓度降低,同时镀液中氢离子数量减少,使SiC 微粒吸附的正电荷数减少,导致在电场力的作用下到达阴极表面的SiC 微粒数量减少,镀层中纳米微粒复合量和沉积速率下降,并且镀层脆性增大。
试验表明,p H 值应控制在3.5～4.0之间为宜。
3.1.4 镀液温度固定镀液中SiC 微粒悬浮量为6g/L ,p H 值4.0,阴极电流密度J k 为3.0A/dm 2,搅拌速度300r/min 。
当改变镀液温度时,复合沉积层中纳米SiC 微粒复合量和沉积速率的变化趋势,如图4所示。
实验表明,在复合电沉积过程中,随着镀液温度的升高,SiC 复合量有一定程度的降低。
这是因为由于温度的升高,将会使镀液中离子的热运动加强,从而使其平均动能增加,但同时会导致纳米微粒表面对溶液中阳离子的吸附能力降低,不利于共沉积图4 温度对镀层中SiC 微粒复合量和沉积速率的影响的进行;其次,温度升高,也会导致镀液粘度下降,即微粒对阴极表面的粘附力下降,同时会使阴极极化程度减小,界面间场强减弱,这些均不利于复合镀层中纳米微粒复合量和沉积速率的提高。