复合镀的特点与应用
复合电沉积 复合镀
复合电沉积复合镀
复合电沉积是一种将两种或多种金属/合金沉积在基底上的表面
处理方法。
它是通过在电沉积过程中改变电场、电解液组成和电流密度等条件来控制不同种类的金属/合金在基底上的沉积。
复合电沉积
可以用于改善基底的机械、化学和电学性能，增强其耐蚀性和其他表面特性。
在工业制造和航空航天等领域中，复合电沉积技术已经得到广泛应用。
复合镀是一种将两种或多种金属沉积在同一表面上的镀金工艺。
它通常是通过在基底上交替沉积不同种类的金属来完成的。
复合镀可以提高基底的抗腐蚀性能、机械强度和耐磨性等特性。
此外，复合镀还可以用于改善表面的外观和质感，适用于高档饰品、手表、手机等产品的制造。
综上所述，复合电沉积和复合镀是两种不同的表面处理技术，具有不同的应用领域和特点。
但它们都是通过在基底上沉积不同种类的金属来改善其表面性能，广泛应用于工业制造和高档产品制造等领域。
- 1 -。
三层复合涂镀技术的性能与应用
的表层有机涂膜与金属之间是以完全化学键合的方 式熔合成一体的， 它与金属之 间的结 合力要远远地
】 ・ ６
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第 ｌ 卷第 ３ ９ 期
压
力
容
器
总第 １２期 １
超过传统 的机械式锚钉结合 尤其是在热水 系统
中， 三层 复合 涂镀后 的 表面 表现 出 了极强 的耐 蚀 性
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三层 复合涂镀技术的性能与应用
中 国石 油大 庆 石化分 公 司 夏 智富 摘 要： 细叙述 了三层 复合 涂镀 技术理论 上 的刨 新 性 以及 优异 的 综合 性 能 ， 详 对其 在 石 油及 石 油化
工 中的 应用做 了介 绍。
关键词 ： 层 ； 料 ； 潦 涂 高分 子 ； 防腐 ； 复合材 料
下的膨胀 率 相差 悬 殊【 有 机涂 层 的膨胀 力超 过 了 ，
完全的化学键结合的表面化学处理型技术 。 三层复合涂镀技术之所 以能在金属与其表层的 有机 涂膜 之 间形 成熔 合 成一 体 的 化 学键 式 的 结 合 ， 这 主要 归功 于三层 复合 涂镀 技术 中所 采用 的一种 特 殊的化 学处 理 工 艺＿ Ｊ可 以பைடு நூலகம்金 属 上生 长 出 大 量 】 ，
ｅｇ ｒｙ—ｓｙｎ ．ｔ ｏ ｃ ． ｕ ｌ ｅ ｆａｉｉｔ ｏ ｔ ａ ｐｉ ｔ ｎ ｉ ｅ ｆ ｌ ｅｒｌｅ ａ ｄ ｐ ｔ ｌｅ ａ ｉｇ ｅ ｃ．ｆＴ ｂ ｔａ ｏ ｔ ｅ ｓ ｌｙ ｆｉ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｔ ｅｄ ｏ ｐ ｔ ｕ ｍ ｎ ｅｒ ｕ ｍ ｓ ｈ ￣ ｂ ｉ ｓ ｃ ｏ ｈ ｉ ｆ ｏ ｏ
现早期失效的致命问题Ｈ 。尽管在镀层封孔方面 目 ｊ 前已存在着一些 以铬 酸氧化为原理 的技术 ， 但其效 果与实际要求相差甚远。大量的生产实践证 明， 镍 磷 合金镀 层 在 厚 度 小 于 ６￣ａ时 ， 法 获 得 可 靠 的 ０－ 无 防腐性 能 。三层 复合涂 镀 技术解 决 了镍磷合 金镀 层 这致命的弱点， 不但大大地 降低 了镍 磷合金镀层 的 生产成本 ， 也大幅度地提高了其使用的可靠性。 实验证明， 管道 与设备在温度较高情况下有机 防护层失 效 的主 要原 因是金 属 与有机涂 层在 热状 态
复合电镀工艺的简介
复合电镀工艺的简介现代电镀网讯：1、复合电镀的发展历程及特点复合电镀是20世纪20年代发展起来的一种新的电镀镀种，到1949年才出现了第一个专利，这就是美国人西蒙斯(Simos)利用金刚石与镍共沉积制作切削工具的金刚石复合镀技术。
此后复合镀获得各国电镀技术工作者的重视，研究和开发都十分活跃，发展到今天则成为电镀技术中一个非常重要的分支领域。
复合电镀的特点是以镀层为基体而将具有各种功能性的微粒共沉积到镀层中，来获得具有微粒特征功能的镀层。
根据所用微粒不同而分别有耐磨镀层、减摩镀层、高硬度切削镀层、荧光镀层、特种材料复合镀层、纳米复合镀层等。
几乎所有的镀种都可以用作复合镀层的基础镀液，包括单金属镀层和合金镀层。
但是常用的复合镀基础镀液多以镀镍为主，近来也有以镀锌和合金电镀为基础液的复合镀层用于实际生产。
复合微粒早期是以耐磨材料为主，比如碳化硅、氧化铝等，现在则发展为有多种功能的复合镀层。
特别是纳米概念出现以来，冠以纳米复合材料的复合镀层时有出现。
这正是复合镀层具有巨大潜力的表现。
2、复合电镀原理复合电镀也叫包覆镀、镶嵌镀，是在金属镀层中包覆固体微粒而改善镀层性能的一种新工艺。
根据被包覆的固体微粒的性质，而制作出不同功能的复合镀层。
在研究复合电镀共沉积的过程中，人信曾提出3种共沉积机理，即机械共沉积、电泳共沉积和吸附共沉积。
目前较为公认的是由N.Guglielmi在1972年提出的两段吸附理论。
Guglielmi提出的模型认为，镀液中的微粒表面为离子所包围，到达阴极表面后，首先松散地吸附(弱吸附)于阴极表面，这是物理吸附，是可逆过程，微粒逐步进入阴极表面，继而被沉积的金属所埋入。
该模型对弱吸附步骤的数学处理采用Langmuir吸附等温式的形式。
对强吸附步骤，则认为微粒的强吸附速率与弱吸附的覆盖度和电极与溶液界面的电场有关。
一些研究耐磨性镍金刚石复合镀层的共沉积过程显示，镍-金刚石共沉积机理符合Guglielmi的两步吸附模型，其速度控制步骤为强吸附步骤。
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。
电刷镀多层复合镀层的应用研究
３
试验结果与分析
３１ 复合 电刷镀层 的显微组织 ． 电刷镀 多层 Ｎ 一ｒ ， ｚ 复合镀层 的内部显微组 ｃＯ 织如 图 ｌ ，） （ ｂ所示 。 图中可见 Ｃ Ｏ 粒子分布均 ａ 从 ｎ ３
作者■舟：顾卓明 （ ４ 一ｊ 男， １ ５ ， 教授， ｑ 博士 投●日期 ： ０ ］ ０ — ９ 圄 日 ： ０ ２ Ｏ 一 ９ ２０ 一 ８ １ ． 期 ２ ０ 一 Ｉ ０
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电刷 镀多层复合镀 层的应用研究
顾卓 明等
电刷 镀 多 层 复 合 镀 层 的 应 用 研 究 木
顾卓 明，黄婉娟
ｒ 上海 海运学 院，上海 ２０３） ０ １５
摘
要： 用电刷镀研制具有层状结构的 Ｎ— ｒ 。 ｉＣ 复合电刷镀层 ， ｏ 采用碱铜层作为中间过渡层； 研究了多层复台镀
关键 词：电刷镀；复合镀层； 硬质粒子；耐磨性；显微组织 中国分 类号 ： Ｑ ５ ，Ｔ ５２ Ｔ Ｉ３ Ｇ ０ 文献标 识码：Ａ
文 章编 号 ：１０ — ２９ ０２ １ ０４ — ３ ０７ ９８（ ０ ） — ０２ ０ ２ ０
１ 引
言
电刷镀金属多层复台镀层 的工艺 流程为 ：５ ４
磨损试验装置 为 Ｍ一２０型磨损 试验机 。 ０ 上试
样 １ ｍ ×１ ０ｍ ０ｍｍ×１ ０ｍｍ有镀层 ； 下试样为 ４ ＃ ５ 钢 ｍｍ×１ ｍ 圆环 ， ４ ￣４ Ｒ ０ｍ ５ ８Ｈ Ｃ。试验 条件为 ：转速 ２ ０ｒｍ（ ２Ｉ， ，负荷 ３ ０ ｐ ０４ ｎｓ ） ＯＮ，讯
中国表面工程 ２０ ０ ２年第 １ （ 第 ５ 期 总 ４期）
４ ３
匀 、 与 基体 结 合 良好 。
图 ３ａ ）分别为 电刷镀 多层 Ｎ — ｆ （，ｂ ｉ ： 复合 ｃ ｏ 镀层 与 Ｎｉ 镀层 的表面形貌 ，复合 电刷镀层 比 Ｎ ｊ 镀层 的结 晶晶粒 要细小 、均匀和致密 。上述观察 表明 ，复合镀 层 中的固体粒 子对于 晶粒 生长具有 明显的细化作 用 ，同时镀 层中 的多层 结构有利于
复合电镀技术
复合电镀技术
复合电镀技术是一种将两种或多种金属或非金属材料在同一种电解液中电镀到基材上的技术。
复合电镀技术不仅仅可以提高基材的表面性能，而且可以制备出具有特殊性能或者外观的复合材料。
该技术在电子、航空航天、汽车、船舶等众多领域都有广泛的应用。
复合电镀技术的主要原理是利用不同金属或非金属之间的电化学差异，将它们在同一电解液中同时电化学反应，并在基材表面上沉积出复合膜。
在此过程中，电解液中的金属离子被还原而沉积到基材表面上，从而形成了具有特殊性能的复合膜。
与传统单一金属电镀技术不同，复合电镀技术可以制备出不同金属之间或金属与非金属之间的复合膜。
这些复合膜具有比单一金属膜更高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性、导热性、耐高温性等优异的性能。
同时，复合电镀技术还可以制备出具有特殊观感和色泽的复合膜，使得基材具有更高的价值和美观度。
在实际应用中，复合电镀技术的操作过程相对简单，但需要对材料的选择、电化学参数的控制、工艺流程的优化等方面进行充分的研究和优化。
此外，复合电镀技术也需要进行合理的后处理，以保证复合膜的质量和性能。
总的来说，复合电镀技术是一种具有广泛应用前景的表面处理技术，可以为各种领域的高科技产业提供高性能、高质量、高附加值的表面材料。
纳米化学复合镀的开发及应用研究
王恒义
化 学镀技 术是 在金 属 的催 化作用 下 ，通过 可控制
的氧 化还 原反应 产生金 属 的沉积 过程 。与 电镀 相 比 ，
性 能 ，弹射 系统 的使用 寿命 可延 长至 １ ４～ｌ 年 ，即增 ８
加 １倍 。 ８
化学 镀技术 具有 镀层均 匀 、针孑 小 、不 需直流 电源设 Ｌ 备 、能 在非导体 上沉积 和具有某些 特殊性 能等特 点 ，
沉积 ，获得性能更好 的镀层 。 纳米 粒子 在化 学镀 Ｎ— 合金 溶液 中 的悬浮是 获得 ｉＰ 粒 子含 量较高 的复合 镀层 的前 提条件 ，由于超 细纳米 粒 子密 度（— ｇ ｍ１ 于溶液 的密度 ，需要 施加外 力 才 ３ ４／ ｃ 大 能使 之悬浮 。试验 中根 据粒子 种类 与粒径 选用 不 同功
我 国的化学 镀工 业起 步较 晚 ，但 自九 十年代 以来
经 过各科 研单 位 的不懈努 力 ，现 已拥 有 了较 成熟 的工
艺 和经验 ，并 在 民品上获得 了一 定程 度 的实 用化 。特
别是化学镀 Ｎ— 工艺 已基本成熟 ，广泛应用 于Ｐ Ｂ、五 ｉＰ Ｃ
以其 工艺 简便 、节能 、环保 Ｅ益受 到人 们 的关 注 。化 ｌ
学镀 使用 范 围很 广 ，镀 金层 均匀 、装饰 性好 。在 防护
性 能方 面 ，能 提高产 品 的耐 蚀性 和使用 寿命 ；在 功能
性 方面 ，能提 高加工 件 的耐 磨导 电性 、润滑 性能 等特
殊功能 ，因而成为全世界表面处 理技术 的பைடு நூலகம்个发展 。
金 电 镀 等 领 域 。 本 文 重 点 研 究 纳 米 化 学 复 合 镀 Ｎ— ｉ Ｐ ，以六水合硫 酸镍为 主盐 ，以次亚磷酸钠 为还原剂 ， 配 合纳米 金属 化合 物 ，并 添加 一定量 的络合 剂 、稳定 剂 、缓 冲剂 、加速 剂等 ，在基 材上形 成纳 米化 学复合 镀层 ，研究复合镀层 的性能 。
纳米复合电刷镀技术
操作工艺有 关。 ６纳米复合刷镀层性能
纳米 耐磨复合刷镀层 主要是在基础镀 液中加入氧化铝 、 （ ３ ） 纳米粒被沉积在 阴极上 的金属镀层镶 嵌。粘 附与 阴 氧化硅 、 氧化钛 、 碳化硅、 金 刚石 、 石墨碳纳米管等纳米颗粒 ， 极上的纳米粒子必须 能停 留超过一 定的时间，才有可 能被 电 当微粒均匀弥散 的分布在镀层 中时，能有效的细化刷镀层的 沉积的金属俘获 。因此 ，这个步骤还 与镀笔和流动 的镀液对 晶间组织， 提高刷镀层 的硬度 、 耐磨性、 抗疲劳和抗高温性 能。 吸附于阴极上 的纳米粒子 的冲击作用 ，以及金属 电沉积 的速 下面就 以 ｎ － Ａ ｌ ｚ Ｏ ｎ纳米镀层和快速镍镀层为例 ： 度等因素有关 （ １ ） 硬度
属离子在电场力的作用下游 离到工件表面 ， 获得 电子被还原成 相对速度 ｌ ２ － １ ５ ｍ／ ａｉ ｒ ｎ 。 ５ 纳 米复合 电刷镀 技术特点 金属原子， 复合镀液中的纳微米粒 子与金属离子发生共沉积 ， 形成复合镀层。随着刷镀时间的累积 ， 刷镀层逐渐增厚 。 纳米复合 电刷镀技术不同与普通 电刷镀技术的独特特 点；
学模型 。在这方面的研 究主要是借鉴复合 电沉积机理的研究 附机理和电化学机理解释 ， 结合电刷镀的工艺特 点， 纳米粒子
与 金 属 的 共 沉 积 过程 如下 ：
（ ２ ）复合镀层组 织更致密、 晶粒更细小 ， 基相组织 由微晶 （ ３ ） 镀层 的耐磨性 、 高温性等综合性能远远优于同种金属
纳 米 复合 电刷镀 技术
徐立鹏
（ 聊 城 大 学汽 车与 交通 工程 学院 山 东 ・ 聊城
摘
的应用前景。
5.第五讲-化学镀镍-特氟龙复合镀层
第五节镍-特氟龙（Ni-Teflon、或Ni-P-PTFE)复合镀层一、化学镀镍-特氟龙镀层的定义：化学镀：是在无电流通过(无外界动力)时，借助还原剂在同一溶液中发生的氧化还原作用，从而使金属离子还原沉积在零件表面上的一种镀覆方法。
镍-特氟龙镀层：是将工件浸置于含有特氟龙的无电解镍镀液中，以化学沉积的方式将特氟龙PTFE、Ni-P镍磷合金均匀地镀于工件表面。
此具有干式润滑特性的特氟龙物质PTFE分布于化学镍磷镀层中并不影响其耐蚀性，且能有效降低摩擦系数。
复合镀层厚度：3μmNi（P）以上+2μmNi-PTFE以上。
又称为无电解镀镍，是在金属盐和还原剂共同存在的溶液中、靠自催化的化学反应而在金属表面沉积了金属镀层的成膜技术。
镍-特氟龙Ni-Teflon又称为：镍-特富龙、镍-特富隆Ni-PTFE、镍-氟龙镀层、Ni-特氟龙、Ni-P-PTF镀层等。
镍-特氟龙Ni-Teflon镀层可以应用在铸铁、炭钢、不锈钢、铝合金、铜、黄铜、青铜、合金钢、镍合金等金属材质上，也可以应用在玻璃、玻纤以及一些橡胶塑料等非金属材质上。
对于各种塑胶、橡胶材料的成型有很大帮助，尤其是PA、PVC、TPO、GF(玻璃纤维)、橡胶、硅胶、环氧树脂等特殊材料。
二、化学镀镍-特氟龙镀层的优点：(1) 可以在由金属，半导体和非导体等各种材料制成的零件上镀覆金属。
(2) 无论零件的几何形状如何复杂，凡能接触到溶液的地方都能获得厚度均匀的镀层。
(3) 可以获得较大厚度的镀层，甚至可以电铸。
(4) 无需电源。
(5) 镀层致密，孔隙小。
(6) 镀层往往具有特殊的化学，机械或磁性能。
三、化学镀镍-特氟龙的基本工艺：如同其他湿法表面处理一样，化学镀镍-特氟龙包括：镀前处理、施镀操作、镀后处理各部分工艺序列组成，正确地实施工艺全过程才能获得质量合格的镀层。
然而，与电镀工艺比较，化学镀镍-特氟龙工艺全过程应格外仔细。
化学镀取决于在工件表面均匀一致的、迅速成的初始状态（起镀过程），化学镀镍-特氟龙并无外力启动和帮助克服任何表面缺陷；于是，工件一进入镀液即形成均匀一致的沉积界面，这一点很重要，因为化学镀是靠表面条件启动的，即异相表面自催化反应，而不是电力。
活塞环铬基陶瓷复合镀
的 ５倍 以上 、 质 合金 的 ３倍 ； 硬 耐腐 蚀 性 可 以达 到
不锈 钢水平 （ 图 ３ 。 见 ）
相对磨损（ 一０ ） 钼 １０ ｉＷＸ－ Ｔ ＇ ￣ｍ
臻 ，台 ■ 皇
３ 工 艺 条 件
铬基 陶瓷 复 合 镀 层 的 耐 磨 特 性 流 ， 分利用 硬质微 粒 阳极吸 附 充 象 和硬铬 层本 身具 有 的微 裂纹 特 点， 纳米 陶瓷微 将
粒嵌入 并 固化 在硬 铬 层 固有 的微 裂纹 网纹 之 中（ 见
图 １。 ）
早 在 上世 纪 ８ ０年 代 ，国 内就将 铬 基 陶瓷 复合
工 艺方 法 ， 使得 铬基 陶瓷复 合 镀技 术 得 以在 活塞 环
表 面处理 中成 功应用 。
图 １铬 基 陶瓷 复 台 镀 层 显 微 结构 示 意 图
１ 基 本 原 理
铬基 陶瓷 复 合镀 不 同 于传 统 的镀 铬 ， 传统 电镀
镀 液 中 出现 固体悬 浮物 会 恶化镀 层 质 量 ， 复合 电 而 镀却 有 意识 地 向镀液 中加入 固体 微 粒 ， 成各 种 新 形
镀试 用 于缸 套 处理 ，后 期 试 用 于 活塞 环 的表 面处
理 。在试 验过 程 中 ， 由于复合 镀铬 工艺 难 以控 制 、 硬 质 微 粒沉 积效 率低 、 加 工工 艺性 能 差等 技 术难 题 后 制约 了铬基 陶瓷 复合镀 在 活塞 环 和缸 套上 的应 用 。
近年 来 通 过 对整 流 设 备 、 槽 配 备 、 电 系统 等 镀 镀 导 铬 设 备 的改 进 ， 用特 殊 的 电镀 工 艺 方法 和后 加 工 采
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ０年 第 ５期
复合镀如Ni-PTFE介绍
2011-1-13
12
2011-1-13 6
3.6.2 复合镀的条件
要制备复合镀层，需满足下述基本条件： ①粒子在镀液中是充分稳定的，既不会发生 任何化学反应，也不会促使镀液分解。 ②粒子在镀液中要完全润湿，形成分散均匀 的悬浮液。为此，粒子都需经过亲水处理， 特别是那些疏水粒子，更应作充分的亲水处 理，并要降低镀液的表面张力，这样才能形 成悬浮性好的镀液。
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镀层的硬度随粒子含量及粒子硬度 升高而升高。所以在耐磨性复合镀 层中加入的粒子大多选用金刚石， WC ， Al2O3 ， ZrO2 ， TiC, SiC ， Cr3C2 等粒子。这种高耐磨性复合镀 层在中、高温条件下更显示其独特 的耐磨性能。在航空、机械。汽车 等工业中已被广泛应用。
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3.6.3 复合镀层的性能特点及应用
复合镀层的性能由镀层金属的 特性和粒子特性共同决定。这 里着重讨论由于粒子性质不 同，引起镀层性能最明显变化 的特点及其应用。 1．耐磨性镀层
将硬质粒子加入到Ni，Co，Cr， Co-Ni，Ni-P，Ni-B等镀层中，可大 幅度地提高金属或合金镀层的耐磨 性，例如 Ni-P-SiC的耐磨性随SiC 含量增加而迅速升高（即磨损量减 少）.
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3.6.1复合镀层的沉积机理
固体微粒先经过消除杂质、润湿处理和 表面活性剂处理后，加入镀液中，形成 均匀的悬浮液。 分散粒子会吸附表面活性剂和镀液中各 种离子，包括将被沉积的金属离子。当 微粒子表面净吸附结果是正离子占优势 时，即微粒子表面带正电荷后，才有可 能与金属离子共沉积形成复合镀层。
2
任何金属镀层都可以成为复合镀层的基体材料， 但研究和应用得较多的有镍、铜、铁、钴、铬、 锌、银、金、铅、镍-磷、镍-硼、镍-铁、铝-锡、 铜-锡等。 固体微粒主要有金属氧化物、碳化物、硼化物、 氮化物等无机化合物分散剂，尼龙、聚四氟乙烯、 聚氯乙烯等有机分散剂，石墨以及不溶于镀液的 金属粉末都可作分散剂。 由于固体粒子的共沉积，赋予镀层一些特殊的功 能，大大扩大了镀层的应用范围和效果。复合镀 层可用电镀法和化学镀法获得，两种方法各有特 点，近年都在蓬勃发展。
纳米化学复合镀技术概述
Ｐｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ３ ８ ４ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ９ ． ０ ０ ６
纳 米 化 学 复 合 镀 技 术 概 述
常京龙 ， 吴庆利
了影响 纳米化 学复合镀 镀层 制备 的主要 因素 ； 探 讨 了纳米化 学 复合 镀 的研 究现 状和发展 趋 势 。 关 键 词 ：纳 米化 学复 合镀 ； 纳 米粒子 ； 影 响 因素 ； 功 能特性
文献 标 志码 ： Ａ 中图分类 号 ： Ｔ Ｑ １ ５ ３ ． １ ９
Ａ Ｒｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｎａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ Ｐｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｃ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ — Ｌ ｏ ｎ ｇ ． ＷＵ Ｑ ｉ ｎ ｇ — Ｌ ｉ
（ １ ． 天津冶 金职业 技术 学 院 ， 天津 ３ ０ ０ ４ ０ ０； ２ ． 大 连机床集 团 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ６ ２ ０ ）
摘要： 纳 米化 学复合镀技 术 是制备 复合材 料新 方法 ， 主要介 绍 了纳米化 学复合镀 镀层 形成 的吸 附机 理 和前提 基础 ， 综述 了纳米 化 学复合 镀层 的结 构特 点和优 良的功 能特性 以及 目前 的研 究成果 ， 论 述
Ａｂｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ：Ｎａ ｎ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ Ｍ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ
纳米复合电刷镀技术
纳米复合电刷镀技术摘要介绍了纳米复合电刷镀层的基本原理与工艺，以及它与普通刷镀层机械性能的比较，展望了纳米复合刷镀层的应用前景。
关键词电刷镀纳米颗粒共沉积性能图分类号：tu113.6 文献标识码：a1 引言纳米复合电刷镀技术是在刷镀液中加入一种或几种不溶性的纳米颗粒，利用电刷镀原理，使纳米粒子与基质金属离子发生共沉积的一种表面工程技术。
单一金属镀覆技术由于其本身的局限性，已不能完全满足产品制造高性能、多功能的要求，而两种或多种金属或非金属的复合镀技术近年来取得了较大的发展，复合镀技术尤其是纳米复合镀技术已经成为当今现代表面镀覆技术研究的一个热点和焦点。
2 纳米复合电刷镀技术的基本原理纳米复合电刷镀技术一般采用专用可调压式的直流电源设备，通常采用纯度较高的石墨作阳极材料，石墨块外表面包裹上棉花和耐磨的涤棉套，镀笔接电源的正极，被刷镀工件接电源的负极，刷镀时用浸满镀液镀笔保持适当的压力与工件接触，并保持一定速度在工件表面上移动。
复合镀液中的待镀金属离子在电场力的作用下游离到工件表面，获得电子被还原成金属原子，复合镀液中的纳微米粒子与金属离子发生共沉积，形成复合镀层。
随着刷镀时间的累积，刷镀层逐渐增厚。
3纳米复合电刷镀技术的沉积机理目前，基于电刷镀工艺特点的复合电沉积机理研究进展比较缓慢，尚未形成有代表性，并具有广泛适应性的理论和数学模型。
在这方面的研究主要是借鉴复合电沉积机理的研究成果。
对于纳米粒子在电极表面的吸附和裹覆过程可以从吸附机理和电化学机理解释，结合电刷镀的工艺特点，纳米粒子与金属的共沉积过程如下：（1）悬浮于待镀液中的金属离子和纳米粒子，暂存于镀笔外的棉包套中，在电极作用力下向阴极表面游离。
（2）纳米粒子粘附与电极上。
凡是影响纳米粒子与电极间作用力的各种因素，均对这种粘附有影响。
它不仅与纳米粒子的特性有关，而且也与镀液的成分和性能以及电刷镀的操作工艺有关。
（3）纳米粒被沉积在阴极上的金属镀层镶嵌。
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。
复合镀
盐雾试验抗蚀性比较
4、耐蚀复合镀层
Ni-Pd复合镀层的化学稳定性高于普通镀镍层， 这是由于钯的标准电极电位比镍正得多，在腐 蚀微电池中钯是阴极。在复合镀层中，只要含 有不到1%体积分数的钯微粒，即可使基质金 属镍强烈地阳极极化，结果引起镍层阳极钝化， 提高了复合镀层的化学稳定。根据相同的原理， 除钯之外，还可向复合镀层中引入比较便宜的 铜、石墨或导电的金属氧化物（Fe3O4、MnO2） 微粒，也能起到提高以镍、钴、铁、铝等为基 质金属的复合镀层化学稳定性的作用。
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复合镀层的硬度与普通方法得到的硬度比较
2.钴基复合镀层：钴的晶体结构为密排六方结 构，且具有良好的耐磨和摩擦性能，因此由硬 质微粒增强的钴基复合镀层具有良好的耐磨性。 3.铬基复合镀层：铬具有良好的耐磨、抗氧化 性，因而是一种引人注目的金属基质。 4.其他金属基复合镀层：如铜基复合镀层等。 2)减摩复合镀层 在高温、高速和低压、高压环境下工作的机械 零部件往往不能采用油脂类液体润滑剂，常常 采用固体润滑剂。 将具有润滑特性的固体微粒与金属共沉积， 能制备出多种具有自润滑特性的复合镀层。
1）分散在镀液中的微粒向镀面的机械运动， 产生碰撞吸附，该步骤取决于对镀液的搅拌方 式和强度。 2）吸附在活化镀面上的微粒即可被还原析出 的金属所掩盖，并逐步被包围形成复合镀层。
复合镀的一般过程
典型化学复合镀的配方及方法
复合镀层的种类与性能
1）耐磨复合镀层：耐磨复合层主要是复合高 硬度的颗粒，如 Al O ,TiO ,SiO ,WC,TiC,人造金刚石等 1.镍基复合镀膜：镍基复合镀层所采用的镀液 一般称为Watts镀液，它比氨基磺酸盐镀液更 为流行。复合镀层的耐磨行为依赖于微粒的 尺寸、形状、体积含量及基质的磨损特性， 晶格结构、摩擦副间的互溶度、硬度等对复 合镀层的磨损行为也有重要影响。
粘涂——电刷镀复合工艺的应用
在机械 零件 制造 和 修复过 程 中， 常会 遇到 零 经 件表 面磨损 、 伤 ； 划 如果 磨 损量 较 小或 划 伤 较浅 时 ，
运 用 电刷镀 技术很方便地 就能 恢复 尺寸 ， 填平划 伤 ， 使零 件得 以再生 。 磨 损尺 寸超 过 ｌｍ 划 伤深 度 若 ｍ， 大 于 ０５ｉ ｌ ， 一地 采用 电刷镀技 术 修复 ， 是 ． ］ 时 单 ｉ ｎ 一
效率 低 ， 二是镀层 厚容 易出现 趺陷 ， 这种 情况就适 宜 采 用表面粘涂技术 。 运用 粘 涂 技术 修复 磨 损 和划 伤 不 受尺寸限制 ， 施工 简便 ， 涂层 又具有优 良的耐磨 性
复 合工艺 。 此工艺简 便 、 易行 ， 克服 了单一 的 电刷 既 镀和粘涂 工艺的不 足 ； 充分 发 挥 了各 自技 术 的优 又
收稿 日期：０１１－５ ２０ ． ０ ０
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能等工业的开发和进展， 现有的单一材料已难以满 足某些特殊的要求， 迫切需要各种各样的新型结构 材料与功能材料， 因此以各种形式组合成的复合材 料得到了很大发展， 目前已成为材料科学中的一个 非常重要的组成部分。 近 53 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。 因为复合电镀的应用远比复合化学镀广泛得 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， 因此在研究复合镀层 时常常用复合电镀为代表。 复合镀层的基本成分有两类， 一类是通过还原 反应而形成镀层的那种金属，可称为基质金属； 另 一类则为不溶性固体颗粒， 它们通常是不连续地分 散于基质金属之中， 组成一个不连续相。 所以， 复合 镀层属于金属基复合材料。 与熔渗法、 热挤压法、 粉末冶金法等目前用得 较多的热加工方法相比， 用复合电镀技术制取复合 材料具有明显的优越性， 其优点与特点介绍如下。 （!） 用热加工方法制造复合材料， 一般需要用 很难 6337!3338 或更高的温度处理或烧结。因此， 使用有机物来制取金属基复合材料。 用复合电镀法 制造复合材料时， 大多都是在水溶液中进行， 温度 很少超过 938。因此， 除了目前已经大量使用的耐 高温陶瓷颗粒外， 各种有机物和其他一些遇热易分 解的物质， 也完全可以作为不溶性固体颗粒分散到 镀层中， 制成各种类型的复合材料。 （5） 与其他制备复合材料的方法相 比 ， 复合电
235 其它功能复合镀层
为了节约能源，人们开发出了具有催化功能的 复合镀层。 如天津大学研制出 %&’678 92 、 %&’:)98 、 工业 %&’1( 等复合镀层、 %&’ 荧光颜料复合镀层、 电解用的大面积电极等。
4 纳米复合镀的研究应用
纳米材料是指由极细晶粒 （特征维度一般 在 组成的固体材料。由纳米粒子通过复合 *;*++<#） 镀技术制备而成的纳米复合镀层与普通镀层相比， 在结构上主要有以下特点： （*）纳米复合镀层由大 量均匀弥散分布于基质金属中、 尺寸在纳米数量级 的纳米粒子与基质金属两部分构成， 因而纳米复合 镀层具有多相结构； （8）纳米粒子与基质金属共沉 积过程中， 纳米粒子的存在将影响基质金属的电结 晶过程， 使基质金属的晶粒大为细化， 甚至使基质 金属的晶粒小到纳米尺度而成为纳米晶； （2）纳米 复合镀层中的纳米粒子含量通常在 *+!=>$?以内。 目前， 纳米复合镀层的研究应用主要在以下几
料， 如何提高材料的耐磨性和硬度是人们所需要考 虑 的 问 题 。 人 们 通 常 以 ./ ’ ( # 、 01( ’ 、 234、 534、
64、 7$ 4 、 78、 4&9’ 、金刚石等作为其分散微粒而
获得复合镀层， 由于这些粒子具有比基体更高的屈 服极限， 且耐磨， 还能起到弥散强化基体的作用， 因 此， 这类复合镀层具有良好的耐磨性能和较好的耐 高温、 抗氧化性能， 广泛用于提高零件表面的抗摩 擦磨损和摩粒磨损等性能。 如在瓦特镀镍槽液内加 入 534 微粒， 电镀 83:534 复合镀层， 其耐磨性能比 普通镀镍层提高 ;*+ ， 用于汽车发动机的铝合金零 件， 以代替镀硬铬层。 化 学 镀 83:<:534 复 合 镀 层 有 较 高 的 硬 度 和 耐磨性。经热处理后的 83:<:534 镀层的硬度和耐 磨性将进一步提高， 其耐磨性比经热处理的化学镀 镍层高 -)=’* 倍。83:<:23(’ !-’+重量"复合镀层 经 - 小时 $**>热处理， 硬度可由 ?@$**=)** 提高 到 ?@;’*=--)*。
山东农机
2334 年第 53 期
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2334 年 53 月 6&753 8+.7， 2334
【材料工艺】
复合镀的特点与应用
李 蓁
!
韩兆芳
5
（!:山东省农业机械科学研究所， 563!33； 5:西安电子科技大学， 953395）
摘 要： 简述了复合镀的发展进程， 对复合镀的特点与应 用 进 行 了 综 述 ， 并对近年来发展起来的纳米复合镀的研究及应
参 考 文 献 张三元 3 复合镀层 ［- ］ * 郭鹤桐， 3 天津大学出版社， *@@* ［- ］ 8 阎洪 3 金属表面处理新技术 3 冶金工业出版社， *@@5 郭忠诚， 刘 中 华3 国 内 复 合 镀 层 最 新 进 展 及 应 用 ［A ］ 2 朱诚意， 3 电 镀与环保， *@@B3* 郭 鹤 桐 3 复 合 电 镀 —工 —— 程 镀 层 发 展 史 上 的 里 程 碑 ［A ］ 4 张三元， 3 电镀与精饰， *@B"32 ［A ］ " 程毅 3 %&’C 镀层的研究现状及发展趋势 3 表面技术， 8++838 郭淑仙， 朱 晓 芸3 电 沉 积 多 元 复 合 镀 层 的 研 究 现 状 ［A ］ 5 郭忠诚， 3 电镀与环保， 8++*32 ［A ］ D 王士逯 3 复合电镀层应用的新动向 3 电镀与精饰， 8++83@ 朱 军 雄 等 3 %&’/98 复 合 电 镀 工 艺 研 究 ［A ］ 3 表面技术， B 李卫东，
例如， 在 瓦 特 镀 镍 溶 液 中 加 入 铬 粉!平 均 粒 径 电镀生成 %&’() 复合镀层， 在 *+++, 以上热 "!#$， 处理， 得到 %&’() 合金镀层。又如， 将钼、 钽、 钨等 耐热金属粉末加入镀铬溶液中， 获得的复合镀层在 即可获得 ()’-.、 **++, 下热处理， ()’/0、 ()’1 等分散强化合金镀层。
234 电接触复合镀层
金、 银镀层虽具有优良的导电、 导热和耐蚀性 能， 但其耐磨性较差， 抗电弧烧蚀性能较差。 若使一 些固体与金、 银共沉积， 形成相应的复合镀层， 则具 有良好的电接触功能， 且具有较好的耐磨性， 还能 节约贵金属。 装饰性复合镀层 23" 耐蚀、 耐蚀性复合镀层是工业上应用最早的复合 镀 层。普通装饰’防护镀层中最外面的镀铬层内应力 较大， 易产生应力腐蚀， 为了避免这种现象的出现， 往往以 %& 作为牺牲阳极，在镀铬之前在亮镍层上 沉积一层薄的镍封镀层， 将使镀层变得致密， 克服 了普通镀铬层中的巨大内应力从而减少了应力腐 蚀。
" 结束语
复合电镀已被认为是当前解决高温腐蚀、 高温 强度和磨损， 以及某些特殊情况下的磨损等问题的 一种很有前途的方法， 因此， 世界各国竞相研究， 近 十几年来发展很快，是比较活跃的技术领域之一。 纳米颗粒材料具有其它材料不具有的优异特性， 纳 米材料在复合镀层中的应用， 有力地促进着复合镀 层的发展。 尽管目前研究过的复合镀层类型已经很 多， 但随着科学技术的进展， 对材料提出了各种各 样的新要求， 因而对复合镀层新品种的开发仍在不 断少磨损的方法通常是在摩擦界面上 添 加 液 体或膏状润滑剂， 这些润滑剂虽然起到了很好的润 滑作用， 但由于液体润滑剂难以牢固地粘附于摩擦 界面上， 在摩擦过程中， 液体润滑剂往往会大量流 失， 造成污染， 且必须定期及时地补充润滑剂才能 保证良好的润滑状态。 $**> 以上高温下或低温下 运行的动摩擦部件， 如用液态润滑剂在高温下将被 氧化、 燃烧， 在低温下 !A:B>" 则会凝固。而金属与 固体润滑剂共沉积而得到的复合镀层， 镀层本身具 有良好的自润滑特性， 不需要添加润滑剂， 且无污 染， 性能稳定， 可在较大的温度范围内工作。因此， 越来越受到人们的重视。 例如， 氟化石墨复合镀层用于水平连续铸造设 备中的结晶器内壁镀层不需要振动结晶器， 也不加 润滑剂， 就能顺利地将铸坯从结晶器内拉出， 拉拔 力小， 铸坯表面状态好。聚四氟乙烯合镀层用于增 塑聚氯乙烯热压模具内壁镀层， 模具不需脱模剂就 很容易脱模。而镀铬模具如不用脱模剂则不能脱 模。
5 复合镀的特点
各种材料在性能上都各有所长，但也各有 所 短。随着航空、 宇航、 电子、 海洋、 化工、 冶金及原子
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李
蓁等： 复合镀的特点与应用
镀的设备投资少， 操作比较简单， 易于控制， 生产费 原材料利用 用低， 能源消耗少!因不需要高温处理 "， 率比较高。所以， 通过电沉积来形成复合材料是一 个比较方便而且经济的方法。 采用热加工法制备复 合材料时， 不但需要比较复杂的生产设备， 而且还 需要采用保护性气体等附加措施。 （#） 同一基质金属可以方便地镶嵌一种或数种 性质各异的固体颗粒。 如果将不同种类的固体颗粒 和基质金属进行排列组合， 即会发现有可能制备的 复合镀层的品种数目将大得惊人。所以说， 复合电 镀技术的通用性、 适应性好， 与其他形成复合材料 的方法相比， 复合电镀的适用范围要宽广得多。 （$） 很多零部件的功能， 例如， 耐磨、 自润、 导 电、 抗高温氧化、 抗划伤能力等均是由零部件的表 面层体现出来的， 可用原价的基体材料镀上复合镀 层， 代替由贵重原材料制造的零部件。 例如， 在悬浮 有 %&’ (# 等团体颗粒的镀银溶液中， 在铜铆钉上电 镀银基复合镀层可取代整体纯银电触头， 因此所取 得的经济效益是非常大的。 （)） 复合镀层也和普通电镀层一样， 可以根据 需要直接在零部件表面上获得任意厚度镀层。 应当 指出， 复合电镀是一种十分方便的加工方法。复合 镀层还可以在零部件的局部位置上得到镀覆， 当零 部件磨损后， 能进行重新修复。 一般说来， 复合镀层 对基体材料本身的物理机械性能没有什么大的影 响。 尽管复合电镀具有上述的许多长处， 但它在应 用中仍存在着一些问题。例如， 在打算沉积出颗粒 含量过高! 例如 )*+ 以上 " 的复合镀层时， 在工艺上 会遇到困难； 又如， 由于基体表面电流分布的不均 匀， 镀层厚度自然也不均匀， 若电沉积的复合镀层 过厚， 零部件会出现不同程度的变形， 有可能成为 不合格产品； 另外， 在不少情况下， 仅在零部件表面 镀敷一层复合材料，并不能满足使用中的要求， 有 必要采用整体的材料制造。 因此复合镀层不可能完 全取代用各种热加工方法制备的材料， 因为每种方 法都有自己的特点和适用的范围。