华北理工大学冶金与能源学院 陈子波 曹凯琪 陈龙 唐山 063200
摘要：电沉积复合镀层具有优良的耐蚀性、光泽度、抗塑性变形能力、硬度和更好的表面性能，被广泛制备生产。本文总结了通过加热、添加稳定剂或活性剂、使用超声波、施加稳恒磁场、改变电流密度方式改变反应温度、分散颗粒的含量、粒径大小这三个因素对电沉积复合镀层性能的影响。
关键词：复合镀层；性能因素；粒径大小
电沉积复合镀层是将一种或多种不溶性固体颗粒加到金属基质镀液中，利用电沉积技术在基质金属发生沉积的过程中将固体颗粒包裹镶嵌到金属镀层中所得[1-3]。电沉积复合镀层以其优良的物理化学和力学性能获得了普遍关注，成为复合材料研究领域的热点之一[4]。复合镀层具有更优良的光泽度[5]、耐蚀性、抗塑性变形能力、硬度[6]以及更好的表面性能[7]。基于其广阔的研究应用前景，人们不断研究电沉积复合镀层的性能因素，来制备性能优良的复合镀层。本文列举了温度、分散颗粒含量、粒径大小三个因素对复合镀层性能的影响。
1.复合镀层性能影响因素
随着制备复合镀层的技术日益成熟，不同因素的影响也逐渐深入。通过查阅文献发现改变温度、添加稳定剂或激发剂、使用超声波、施加稳恒磁场、改变电流密度对复合镀层性能有显著影响。这些研究主要从改变温度、分散颗粒的含量和粒径大小三个影响因素来改变复合镀层的性能。
1.1温度
合理控制电沉积过程中的温度是保证镀层质量的重要手段。复合镀层的孔隙率、沉积速率、耐蚀性和硬度都会随温度的升高而改变，呈现升高再下降的趋势，当处于最适温度时，电沉积复合镀层的耐磨性最优，复合镀层会呈现出形貌平整、晶粒细腻、紧密的状态。除了通过直接改变温度的手段外，热扩散可以使原子之间发生相互扩散，形成扩散层，形成的扩散层可以很好的提高镀层表面耐蚀性能。Aydm等对Cu/Ti的研究发现扩散层可显著提高铜层和钛基体的结合力，来提高镀层表面耐蚀性能。
1.2分散颗粒的含量
施加超声波、加入稳定剂以及加入活性剂是通过改变分散颗粒的含量来改变电沉积复合镀层的性能。超声波作用于液体中产生的空化效应和空化现象可以有效的降低悬浮液中微粒的团聚，因此施加超声波经常被用于微粒分散。这一方法也被应用于电沉积复合镀层过程中，施加超声波可以改变分散颗粒的含量进而提高复合镀层抗塑性变形能力、耐腐蚀性、甚至减少电蚀的发生。夏法律等人对Ni/TiN复合镀层研究，表明超声波作用可以使TiN微粒更加均匀的分布于复合镀层中。不同频率和功率超声波的施加会对复合镀层性能产生影响。低频高功率超声波的施加在镀液中产生的空化现象带来的声流、微喷射、冲击波等[7]会提高电沉积复合镀层的性能。另外电沉积复合镀层过程中单一机械搅拌作用制得的复合镀层的表面形貌没有机械搅拌和超声波协同作用下的复合镀层的表面形貌好。正如Cai C等对Ni/SiC复合镀层的研究体现了超声波和机械搅拌的协同作用会使Ni/SiC复合镀层具有更好的表明形貌。
电沉积复合镀层的稳定剂主要有VIA族元素化合物、含氧化合物、重金属离子、水溶性有机物。稳定剂的加入主要通过影响镀层中磷元素的含量来影响复合镀层的硬度、孔隙率和沉积速率[6]。不同稳定剂的浓度对复合镀层性能的影响各不同，在浓度梯度中存在一种最适浓度获得性能好的复合镀层。稳定剂的复配使用，可以改变电沉积的沉积速率，从而影响复合镀层的硬度[6]。
表面活性剂主要有阴离子型、阳离子型、非离子型三种。阳离子型的活性剂有利于不同粒子和基质的共沉积，非离子型活性剂可以增大粒子与基质间的结合力。活性剂有使颗粒间隙变大的影响，从而起到润湿、乳化和分散作用。加入活性剂是采用化学分散法，使纳米颗粒在复合镀层体系均匀分散，来改变粒子的表面特性。加入活性剂可以加快反应体系的反应速度，增加复合镀层光泽度和耐蚀性等。研究表明，采用两种表面活性剂体系相对于单一表面活性剂体系可以更好的改善复合镀层性能。另外表面活性剂配比不同对复合镀层的性能有一定影响。
1.3粒径大小
改变电流密度和施加稳恒磁场的方法是改变粒径大小来改变复合镀层的性能。电流密度的改变导致阴极极化发生改变，可以显著改变复合镀层的表面形貌，会使形貌平整，裂纹跟孔隙会相应减少。复合镀层表面形貌的质量会随电流密度达到峰值而有较大提高。
稳恒磁场和电流作用会产生洛伦兹力，洛伦兹力会造成镀液中的扰动，对阴极有很好的冲刷作用。阴极对抗磁性的颗粒有排斥力，进而远离阴极表面，镀层中颗粒含量增加，影响复合镀层性能。而没有施加磁场的情况下电沉积复合镀层过程中合金颗粒的硅含量增大的过程中，制得的复合镀层中硅的含量降低，制得复合镀层的性能不佳。这两种情况对比来看，施加稳恒磁场可以有效的改变复合镀层性能。稳恒磁场的垂直和平行方向也会影响复合镀层的性能。施加的稳恒磁场主要有平行磁场、垂直磁场和梯度磁场。不同的磁场在作用过程中，都会通过不同方式产生洛伦兹力的作用。从而改变化学反应的反应热、PH、反应速率、活化能、熵等因素，导致粒径改变来影响复合镀层的性能。
2.结语
从大量文献报道来看，目前影响电沉积复合镀层的性能主要通过温度、分散颗粒的含量、粒径大小三种因素。温度对复合镀层的耐磨性、表面特性有很大的影响。热扩散则可以很好的提高复合镀层耐蚀性。分散颗粒的含量因素可以改变复合镀层的硬度、孔隙率、耐蚀性以及表面形貌。粒径大小很好的减少了裂纹和孔隙。其中施加稳恒磁场和改变电流密度的手段可以很好的控制粒径大小来提高复合镀层性能，具有很好的未来应用前景。目前，磁场作用改变电沉积复合镀层的性能主要研究集中在施加单一的磁场作用。对磁场及其他物理场的复合作用下对复合镀层性能改变的研究较少。有待进一步研究复合场作用对电沉积复合镀层性能的影响。另外复配稳定剂的加入对复合镀层性能的影响有待被深一步研究发现。
参考文献：
[1] 周小卫, 沈以赴, 顾冬冬. 双脉冲电沉积纳米Ni-CeO2复合镀层的微观结构及其高温抗氧化性能[J]. 金属学报, 2012,48(8): 957-964.
[2] 薛玉君, 刘红彬, 兰明明, 等. 超声条件下脉冲电沉积Ni-CeO2纳米复合镀层的高温抗氧化性[J]. 中国有色金属学报, 2010,20(8): 1599-1604
[3] ZHANG Y, PENG X, WANG F. Development and oxidation at 800°C of a novel electrodeposited Ni-Cr nanocomposite film[J]. Materials Letters, 2004, 58(6):1134-1138.
[4] 汤佩钊 复合材料及其应用技术[M]. 重庆:重庆大学出版社,1998．
[5] 沈岳军, 刘定富, 程天来, 等. (Ni-P)-纳米TiO2化学复合镀配位剂的研究[J]. 电镀与精饰, 2017.39(7): 1-5.
[6]李富军,叶涛,刘定富,李颖.稳定剂对化学镀Ni-P-TiO2复合镀层性能的影响[J].电镀与环保,2019,39(04):37-39.
[7] 徐婷, 焦玉民, 刘斌, 等. 电沉积镍基复合镀层的研究概况[J]. 机械工程与自动化, 2018(1):219-221.