纳米微粒复合电镀的研究进展

３ ）高密度位错强化。复合镀层 中的孪 晶等缺
陷密 度提 高 。纳 米 颗 粒 与位 错 相 互 作 用形 成 高 密 度 的位 错积 群 ， 得 位 错 开 动需 要 更 人 的载 荷 。这 使 三种强 化机 制 的共 同作 川 ， 复合 镀 层 具 有 良好 的 使 硬度 。
１３ 纳米粒 子 的分散 ．
（ ｃ ｏｌ ｆ ｔｒ ｌ ａ ｄＭｅａ ｕｇ ， ｎｖｒ ｔ ｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎ ｌ ｙＬａ ｎｎ ， ｎｈ ｎｌ ４ ５ ， Ｓ ｈｏ ｅｉ ｓ ｎ ｔｌ ｒｙ Ｕ ｉ ｓｙ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｉ ｉｇ Ａ ｓａ １ ０ ｏ Ｍａ ａ ｌ ｅ ｉ Ｓ ｅ ｇ ｏ １
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和挑剔 ， 单一材料难以满足工业生产 的某些特殊性 能 ， 要 多种 材 料 复合 。因 此开 发 各 种 新 型 结 构 与 需 功能材料 ， 目前 材料 科学 中的一个 重要研 究 方 是
向。近 年来 ， 高速 发 展 起来 的 复合 镀 层 以其 独 特 的
Ｓ Ｂ 、 ｒ Ｓ Ｎ 或 Ｂ Ｃ等） 沉积获得 复合 ｉ 、 Ｎ Ｃ２ Ｏ ０ ｉ ４ 共
道效应和一些奇异 的光 、 磁性质－ ， 电、 ３ 若化合 物颗
粒 尺 寸减小 到纳 米量 级 ， 论 上将 可 以大 幅 度 提 高 理 镀 层 中的化 合物复 合 量 ， 重 要 的 是纳 米 颗 粒 的 引 更 入 将有 可能 给镀层 性 能 带 来 意想 不 到 的 改变 ， 这一 性 能 的改 变 将 可 能 更 多 地 体 现 在 功 能 特 性 上 。现 已制 出包括 金属 、 金 属 、 机 、 机 和生 物 等 各 种 非 有 无 纳米 复合材 料 Ｊ成为 科 技发 展 前 沿极 具 挑 战 性 的 ．
成不 可逆 转 的 电化 学吸 附 。
１ 机械作用法。机械作用法是指利用仪 器设 ）
备 的作用 来增 加纳 米 粒子 在 溶 剂 中 的分 散 稳 定性 ，
主要有机械搅 拌法 、 超声波 分散 法 以及 高能处 理
法 。潘蕾等 采用大功率超声设备将 ＴＯ 纳米粒 ｉ
子分散 到环 氧树脂 中 １０ —３ ２ １ — １２ 修 回 日期 ： ０ １０ ．６ ２ １．５ ０ 基金项 目： 宁省教育厅 重点实验室基金资助项 目（ ０ ８ １３ 辽 ２０Ｓ２ ）
・
１ ・ ０
Ｄｃ ０１ ｅ ．２ １
Ｐｌｔ ｎｄ Ｆｉ ｉｈｉ ａ ｉ ａ ｎ ｓ ｎｇ ｎｇ
材 料 的一 种 工 艺 过 程 。不 仅 电沉 积 复 合 镀 层 在 不
断发展 ， 而且利用复合化学镀技术也可以制备出一 系列性能广泛变化的复合镀层 ， 复合镀层在强化材 料表面性能方面具有显著 的效果 。但 由于其加 Ｊ
物理、 化学、 生物及机械性能 ， 为复合材料 的一支 成 新秀 ， 日益获得广泛 的关注和应用 。复合 电镀 技 正
Ｖ １３ ． ２ Ｓ ｒ ｌＮ ． ２ ｏ． ３ Ｎｏ １ ｅｉ ｏ ２ ５ ａ
人 的 固体 颗粒 多为微 米级 ， 性 能 不 能 满足 科 技 飞 其 速 发展 的要 求 ， 用 范 围受 到 了一定 的 限制 。 自纳 应
的硬度。它们弥散分布于基质金属 中， 在外力作用 时能够阻碍位错 的滑移和微裂纹的扩散 ， 使镀层受
Ｃ ｉａ ｈｎ ）
Ａｂｓｒ ｔ Ｓ ｍｅ ｓ ｅ ｉｌｐ ｏ ｅ ｔｅ ｏ ｌ ｉｅ ｏ ｍａ ｅ ｉｌ ｙ ｎ ｎ ｐａ ｔ ｌｓ Ｃｏ ｏ ｉ ｌｃｒ ｄ ｐ ｓ— ｔａｃ ： ｏ ｐ ｃａ ｒ ｐ ｒｉ ｓ ｃ ｕ ｄ ｂｅ ｇ ｖ ｎ ｔ ｔｒａｓ ｂ ａ ｏ ｒｉ ｅ ｍｐ ｓｔ ｅｅ ｔｏ ｅ ｏ ｉ ｃ ｅ
降 。综述 了纳米微 粒 复合 电沉积技 术机 理 ， 能特 点 ， 性 纳米 粒子 的分散 方 法及 纳米微 粒复合 电镀 的
应 用 ， 出了纳 米微 粒 复合 电镀 有待 解 决 的 问题 。 提
关 键 词 ： 合 电沉积 ；纳米微 粒 ； 能 ； 复 性 进展
中 图分类 号 ： Ｑ ５ ． Ｔ １３２
一
在复合电沉积过程中 ， 欲使复合 的固体微粒 由
镀液 内部 运动 到 阴极 表 面会受 到两 种力 的作用 ：
１ 液体流动带动 固体微粒悬浮并运动到阴极 ）
附近 ；
氨丙基 三 乙氧基硅 烷表 面改性 的纳 米粒 子 质量 分
数为 ３ ％时 ， 用超声 振 荡 ３ ， 采 ０ｓ停顿 ３ 、 复作 用 ０ｓ反 ｌ ０次的超声 能够 将纳 米粒 子充 分 分散 ， 复 合材 料 使 性 能最 好 。Ｓｋａ等 研 究 了 ２ Ｈ 超 声 频 率 卜 ａｋ ０ｋ ｚ ＺＯ 一１ 。 料 的黏 度 随超 声 时 间 的变 化 ， 果 表 ｒ：Ａ 浆 ０ 结
２１ 年 １ 月 ０１ ２
电 镀 与 精 饰
第 ３ 卷第 １期（ ２ 期） ・ ３ ２ 总２５ ９・
文 章编号 ：０ １３ ４ （ ０ １ １ —０ ９ ０ １０ — ８９ ２ １ ） ２ ０ ０ —６
纳 米微 粒 复 合 电镀 的研 究 进展
张 雷 ， 孙本 良， 王 琳 ， 李 杨 ， 徐 阳， 林辉龙
２ 在 电场的作用下固体微粒 电泳到阴极表面。 ）
众 多学者 分别 在 不 同 电镀 液 体 系 中 ， 复合 电 对 沉 积机 理进行 了研 究 ， 图揭示 这 一 过 程 的作 用 机 试
理 。总 结起来 有三 种 即吸附机 理 ； 学 机理 和 电化 力
学 机理 。
明经过超声作用 ， 料黏度 明显下 降。 超声功率 浆 且 越大 ， 黏度越低 ， 即较大 的功率 可更有效 地破坏颗 粒 间的团聚 。Ｇ ｂ ｕｒ 叫用 等离子 体对 甲基三 聚 ｅａ ｅ 等 氰胺一 甲醛颗粒进行了表面改性研究 ， 使其分散稳定
ｅｅ ｔｏ ｌｔｎ ｒ ｌｏ ｒ ｉｅ ｌ ｃｒ ｐ ａｉ ｇ ｗｅ ｅ ａｓ ａｓ ｄ． Ｋｅ ｗｏ ｄｓ：ｃ ｍｐ ｓｔ ｌｔｏ ｌ ｔ ｙ ｒ ｏ ｏ ｉｅ ｅ ｅｒ ｐ ａ ｉ ｎｇ；ｎ ｎ ｐ ｒｉｌ ｓ ｒ ｐ ｒｙ；ｐ ｏ ｒ ｓ ａ ｏ ａ ｔｃｅ ；ｐ ｏ ｅｔ ｒｇｅ ｓ
研究热 点
阻止纳米粒子形成高密度 、 硬块状沉淀的方法
之一就 是 减 小 粒 子 间 的 范 德华 力 或 基 团 问 的相 互
作用 ， 使初 级 粒 子 不 易 团 聚生 成 二 次 粒 子 ， 而避 从
免进一步发生原子问的键合而导致生成高密度 、 硬 块状沉淀∞ 。纳米粒子 的抗团聚作用机理 为： 电 静
文献标 识码 ： Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓｏ ｎ ｐ ｒｉｌｓ Ｃｏ ｐ ｓｔ ｅ ｔ ｏ ｌ ｔ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｆＮａ ｏ ａ ｔ ｅ ｍ ｏ ｉｅ Ｅｌｃｒ ｐ ａ ｉ ｃ ｎｇ
Ｚ ＨＡＮＧ ｅ ，Ｓ Ｌ ｉ ＵＮ ｎ ｌ ｎ Ｂｅ —ｉ ｇ，Ｗ ＡＮＧ ｉ ａ Ｌ ｎ，Ｌ ｎ ＩＹａ ｇ，ＸＵ ｎ Ｙａ ｇ，Ｌ Ｎ ｉｌｎ Ｉ Ｈｕ －ｏ ｇ
到硬质点 弥散 强化 。
米材料诞生以来 ， 国内复合 镀 的研究逐渐增 多， 随 着认识的深入和纳米材料科学 的迅猛发展 ， 人们意
识 到纳 米微 粒具有 很 多 独 特 的物 理 及 化 学性 能 ， 包 括 表 面效 应 、 体积 效应 、 子尺 寸效 应 、 观 量 子 隧 量 宏
引 言
随着 科技 的发 展 ， 材 料性 能 的要 求 更 为 严 格 对
术 自２ ０世 纪 ６ ０年 代开 始 应 用 于工 业领 域 以来 ， 日 益 受到 人们 的重 视 。复 合 电镀 又称 分 散 电镀 、 镶嵌 电镀 Ｊ是用 电镀 的方法 使 金属 （ Ｎ 、ｕ Ａ 、 ｏ ， 如 ｉｃ 、 ｇ ｃ 、 ｃ 等） ｒ 与不 溶性 固体 微粒 （ Ａ 。ＳＣ ＺＯ 、 、 如 １ 、ｉ、ｒ ＷＣ Ｏ
固体微粒如何进入镀层 中， 也就是金属与 固体 微粒共沉积的机理 问题。一般来说， 复合镀层 的形 成包 括两 步 吸 附 过 程 ： 一步 是 弱 吸附 ， 第 ・ 即携 带 着
离子 与溶剂 分 子膜 的微 粒 吸附 在 电 极表 面 上 ； 二 第
步为强吸附 ， 即处 于弱 吸附状态 的微粒 ， 去它所 脱 吸附的离子和溶剂化膜 ， 与阴极表面直接接触 ， 形
（ 宁科 技大 学 材 料与 冶金 学 院 ，辽宁 鞍 山 辽 １４５ ） １０ １
摘要 ： 过 纳米微 粒 复合 电沉 积技 术 可 以赋 予材 料 某 些特 殊 性 能 ， 加 机械 产 品 的使 用价 值 和 寿 通 增 命 ， 纳 米微 粒技 术 引入 传 统 的复 合镀 中不仅 使 产 品 质 量 产 生质 的 飞跃 ， 将 而且 成 本得 以 大幅 度 下
稳定作 用 （ Ｌ Ｏ理 论 ）空 间位 阻稳定 作用 ； 电位 ＤＶ ； 静
ｌ 复合 电镀 机理、 特点 及纳米粒 子的分散
１ １ 复合 电镀 的 电沉 积机 理 ．
阻稳定作用。纳米颗粒 在介 质中的分散通常分 为 液体润湿固体粒子 ； 通过外界作用力使较大 的聚集
体 分散 为较 小 的颗 粒 ； 定 分 散粒 子 ， 证 粉 体 颗 稳 保 粒 在液相 中保持 长期 均匀 分 散 ， Ｉ已分 散 的粒 ｒ 防 卜 重 新聚集 。根 据分 散机 理 不 同 ， 分 为机 械 作用 可 法 和表 面修饰 法 。