复合镀的特点与应用

# 复合镀的应用 #,- 耐磨复合镀层
对于需要承受摩擦和在高温下使用的金属 材
#,# 分散强化合金镀层
分散强化合金镀层是复合电镀应用的 重 要 领 域之一。
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山东农机
2334 年第 53 期
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2334 年 53 月 6&753 8+.7， 2334
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。
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。
#,’ 自润滑复合镀层
减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。 $**> 以上高温下或低温下 运行的动摩擦部件， 如用液态润滑剂在高温下将被 氧化、 燃烧， 在低温下 !A:B>" 则会凝固。而金属与 固体润滑剂共沉积而得到的复合镀层， 镀层本身具 有良好的自润滑特性， 不需要添加润滑剂， 且无污 染， 性能稳定， 可在较大的温度范围内工作。因此， 越来越受到人们的重视。 例如， 氟化石墨复合镀层用于水平连续铸造设 备中的结晶器内壁镀层不需要振动结晶器， 也不加 润滑剂， 就能顺利地将铸坯从结晶器内拉出， 拉拔 力小， 铸坯表面状态好。聚四氟乙烯合镀层用于增 塑聚氯乙烯热压模具内壁镀层， 模具不需脱模剂就 很容易脱模。而镀铬模具如不用脱模剂则不能脱 模。
235 其它功能复合镀层
为了节约能源，人们开发出了具有催化功能的 复合镀层。 如天津大学研制出 %&’678 92 、 %&’:)98 、 工业 %&’1( 等复合镀层、 %&’ 荧光颜料复合镀层、 电解用的大面积电极等。
4 纳米复合镀的研究应用
纳米材料是指由极细晶粒 （特征维度一般 在 组成的固体材料。由纳米粒子通过复合 *;*++<#） 镀技术制备而成的纳米复合镀层与普通镀层相比， 在结构上主要有以下特点： （*）纳米复合镀层由大 量均匀弥散分布于基质金属中、 尺寸在纳米数量级 的纳米粒子与基质金属两部分构成， 因而纳米复合 镀层具有多相结构； （8）纳米粒子与基质金属共沉 积过程中， 纳米粒子的存在将影响基质金属的电结 晶过程， 使基质金属的晶粒大为细化， 甚至使基质 金属的晶粒小到纳米尺度而成为纳米晶； （2）纳米 复合镀层中的纳米粒子含量通常在 *+!=>$?以内。 目前， 纳米复合镀层的研究应用主要在以下几
用作了简单介绍。 关键词： 复合镀层： 电沉积； 纳米材料 中图分类号： ;<!62 文献标识码： =
! 引言
复 合 镀 "#$%&$’()* +$,)(-./ 又 称 为 分 散 镀 ， 是用电镀或化学镀方法使金 （0(’&*1’($- #$,)(-.） 属和固体微粒共沉积获得复合材料的工艺过程。 其 镀层不是单相的金属或合金， 而是借助于形成复合 镀层的主体金属和分散微粒的不同， 从而获得具有 硬度、 耐磨性、 自润滑性、 耐热性、 耐蚀性及特殊的 装饰外观等功能性涂层。 早在上世纪 23 年代左右， 前苏联、 美国学者就 曾对复合电镀技术进行了研究。 我国于上世纪 43 年代开始研究复合电沉积技 术， 在此以后的 53 多年中， 天津大学、 武汉材料保 护研究所等单位都在进行复合电镀工艺及其共沉 积理论方面的研究工作， 并取得了不少成绩， 如封 镍工艺早已在上海等地使用于生产。 由天津大学研 究成功的、 以复合电镀法制造低压电器用电触头的 新工艺在多年前就已用于生产。 用复合电镀技术制 备各种小磨具 " 什锦锉、 小磨头 / 也早已进行了小批 量生产，在制造较大型有特殊用途的金刚石磨具、 立方氮化硼磨具、 金刚石钻探用钻头、 金刚石滚轮 等方面， 也得到了越来越多的应用。 随着纳米技术的发展， 纳米材料的应用范围也 越来越广。将纳米固体颗粒加入镀液中， 通过与金 属共沉积获得复合镀层将使其功能特性得到大幅 度提升。
料， 如何提高材料的耐磨性和硬度是人们所需要考 虑 的 问 题 。 人 们 通 常 以 ./ ’ ( # 、 01( ’ 、 234、 534、
பைடு நூலகம்
64、 7$ 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 ?@;’*=--)*。
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。
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
" 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 断地进行着。
个方面： （*） 高硬度、 高耐磨纳米复合镀层； （8） 高温 具有高的光催 抗氧化、 高温耐磨纳米复合镀层； （2） 化活性纳米复合镀层； （4）具有高的电催化活性纳 米复合镀层； （" ） 耐腐蚀纳米复合镀层等。 纳米固体颗粒的加入能显著提高复合 镀 层 的 性能， 因而纳米材料在复合镀层中的研究应用具有 很好的发展前景。但受到复合镀层发展本身的局 限， 以及受现阶段对纳米材料的认识限制， 纳米复 合镀层的研究与应用刚刚起步， 因此， 有关纳米复 合镀层的工作尚待进一步研究。
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，
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
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韩兆芳
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（!: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