納米耐磨復合刷鍍層研究進展

徐立鵬

引言

納米復合鍍層是利用電刷鍍原理，使納米粒子與基質金屬離子在電場作用下在陰極工件表面發生共沉積而得到復合刷鍍層的一種表面工程技術。納米復合鍍層主要是在基礎鍍液中添加Al2O3、SiO2、SiC、金剛石、石墨、碳納米管等納米顆粒，由于納米顆粒的存在，影響了鍍層金屬組織結構，可以提高鍍層的硬度、耐磨性、或減小鍍層的摩擦系數，從而達到優化鍍層的目的。

一、鎳基納米耐磨復合刷鍍層

（一）Ni/Al2O3納米復合刷鍍層

蔣斌等研究表明Ni/ Al2O3鍍層的硬度達到HV700，比快速鎳鍍層提高40%；當鍍層中Al2O3微粒含量超過2.56%（質量分數）時，鍍層的耐磨性顯著下降。

杜令忠等人研究發現Ni/ Al2O3納米復合刷鍍層的耐磨性比快速鎳都城提高了30%到50%。

楊華等試驗表明，Ni/ Al2O3納米復合刷鍍層的耐磨損性是純鎳刷鍍層的1.3～2.5倍，納米顆粒主要通過細化鍍層組織、彌散強化和阻礙鍍層中微裂紋的擴展來強化復合刷鍍層的抗油潤滑沙粒磨損性能。

張斌等采用自動化電刷鍍系統制備了Ni/Al2O3納米復合刷鍍層，與手動納米電刷鍍鍍層對比發現自動化納米電刷鍍效率高，鍍層組織更致密 。

（二）Ni/SiO2納米復合刷鍍層

譚俊等試驗表明，脈沖電刷鍍Ni/SiO2復合鍍層比直流復合鍍層表面更平整，鍍層晶粒團更加細小、孔隙率更低、耐磨性更高。

（三）Ni/TiO2納米復合刷鍍層

趙建華等研究表明當納米粒子的質量濃度為20g/L、納米粒子粒徑小于30nm、溫度為40℃、電壓為14V時，鍍層耐磨性達最優，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

（四）Ni/C納米復合刷鍍層

張偉等制得含納米金剛石粉的復合鍍層，在室溫、高負荷下具有優良的抗疲勞和抗磨損性能，其耐磨性是純鎳鍍層的4倍。

于金庫等研究結果表明Ni/金剛石復合刷鍍層的硬度達到HV860，耐磨性為鎳鍍層的6倍。

李培耀等發現與常規鍍層相比，含有碳納米管的復合鍍層組織明顯細化，顯微硬度、熱穩定性和耐磨性得到了明顯的提高。

（五）其它顆粒鎳基納米復合刷鍍層

劉先黎等制備了Ni/FeS納米復合刷鍍層，其耐磨性是快速鎳刷鍍層的2.5倍。

顧卓明等制備了具有層狀結構的Ni/Cr2O3納米復合刷鍍層，與Ni鍍層相比具有較高的顯微硬度、細小的結晶晶粒和較好的耐磨性。

二、鎳磷基納米耐磨復合刷鍍層

向永華發現鎳磷基納米Al2O3復合電刷鍍層表面粗糙度更小，組織有明顯的細化傾向；當鍍液中Al2O3含量為20g/L時，復合刷鍍層維氏硬度是Ni-P鍍層的1.3倍，磨損失重比Ni-P鍍層減少60%。

董世運等研究了納米顆粒含量、刷鍍電壓和刷鍍筆移動速度對復合刷鍍層中P和Al2O3含量的影響。制備的復合刷鍍層，組織致密，含有納米顆粒和非晶相。

劉曉亮等制備了Ni-P/SiC、Ni-P/WC納米復合鍍層，與傳統鎳磷鍍層相比較，組織結構更加致密，顯微硬度有較大程度的提高，耐磨性增強。

劉圓圓等制備（Ni-P）-Co/WC納米顆粒復合鍍層。結果顯示，復合鍍層中的組織結構更加致密，顯微硬度比Ni-P合金鍍層有較大程度的提高，達到HV876。

三、結束語

納米耐磨復合電刷鍍層是由基質Ni和彌散其中的納米顆粒組成的。當前，納米耐磨復合電刷鍍層的基質材料很有限，主要是鎳基和鎳磷基。納米顆粒主要有納米氧化鋁粉、納米金剛石粉、納米碳化硅粉等幾種，而耐磨復合鍍層的種類和性能也很有限，具有其它特殊功能的復合刷鍍層或多粒子復合刷鍍層等方面的研究還不如電鍍或化學鍍那樣豐富，因此，納米復合耐磨刷鍍層還有非常大的發展空間和研究價值。

隨著人們對納米微粒認識的加深和研究的深入，納米耐磨復合電刷鍍層種類會日益豐富，它將會以更大更多的用途體現在人們的生活中。

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（作者單位：聊城大學汽車與交通工程學院）