表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層性能的影響

周言敏

（重慶電子工程職業學院，重慶 401331）

表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層性能的影響

周言敏

（重慶電子工程職業學院，重慶 401331）

分別添加十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨和聚乙二醇，制備Cu-SiO2復合鍍層。考察了表面活性劑的帶電性質與添加量對Cu-SiO2復合鍍層的顯微硬度及耐磨性的影響。結果表明：添加十二烷基硫酸鈉獲得的Cu-SiO2復合鍍層的顯微硬度相對較高且耐磨性較好。

顯微硬度；耐磨性；Cu-SiO2復合鍍層；表面活性劑

0 前言

電鍍中，為獲得某些特殊效果或進一步改善鍍層性能，通常使用表面活性劑［1－3］。表面活性劑所發揮的作用已經在實踐中獲得認可，但不同種類的表面活性劑所發揮的作用不同，致使選擇成為困擾。

本文從帶電性質的角度開展研究，考察了不同類型的表面活性劑對復合鍍層的顯微硬度及耐磨性的影響。

1 實驗

1.1 實驗材料及流程

陽極選用磷的質量分數為0.040%～0.065%的磷銅板，陰極選用不銹鋼薄板。電鍍前，對陽極進行除油、套裝陽極袋處理，對陰極進行打磨整平、除銹除油、酸洗活化和水洗干燥處理。鍍液用蒸餾水配制而成，其組成為：CuSO4·5H2O 220g/L，H2SO450g/L，NaCl 10g/L。第二相微粒選用高純度的納米SiO2，其平均粒徑約為70nm，經分散處理后加至鍍液中，添加量為30g/L。復合電鍍工藝條件為：鍍液溫度30℃，電流密度5A/dm2。

實驗分多組進行，采用相同的鍍液組分和工藝條件，分別單獨添加十二烷基硫酸鈉（陰離子型表面活性劑）、十六烷基三甲基溴化銨（陽離子型表面活性劑）和聚乙二醇（非離子型表面活性劑），添加量為50～200mg/L。

1.2 實驗方法

采用 KYKY-2800B型掃描電鏡觀察Cu-SiO2復合鍍層的微觀結構，并采用HX-1000TM型數顯式顯微硬度計測定其顯微硬度。顯微硬度測定加載50g，保載10s。耐磨性測試在 MHK-200型磨損試驗機上進行，加載5N，摩擦轉速300r/min。

2 結果與討論

2.1 顯微硬度

圖1為表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層顯微硬度的影響。由圖1可知：使用陰離子型表面活性劑時，所得Cu-SiO2復合鍍層的顯微硬度相對較高。

圖1 表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層顯微硬度的影響

結合復合電鍍機制分析，結構特性決定了SiO2微粒在弱酸性鍍液中帶負電。十二烷基硫酸鈉吸附在微粒表面，增大了微粒間的靜電斥力位能［4］，促使微粒均勻分散并穩定懸浮。微粒或微粒團以納米尺度存在且處于懸浮狀態，有利于通過共沉積過程嵌入復合鍍層中，發揮彌散強化作用，進而提高復合鍍層的顯微硬度。添加十六烷基三甲基溴化銨時，異極性靜電相吸導致SiO2微粒相互吸附而聚合成團，增大了共沉積的難度。復合鍍層中納米微粒的復合量小，難以起到彌散強化作用，從而表現為顯微硬度相對較低。聚乙二醇作為非離子型表面活性劑，作用相對較弱。

表面活性劑的添加量對復合鍍層的顯微硬度有明顯的影響。添加量過大時，反而起到負面作用。原因可歸結為：（1）表面活性劑的添加量小時，潤濕效果較好，有利于微粒嵌入復合鍍層中，從而充分發揮彌散強化作用；（2）添加量大時，過量的表面活性劑分子可能吸附于基體表面，遮蔽部分催化活性點，從而制約微粒發揮作用［5］。

2.2 耐磨性

圖2為表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層磨損率的影響。可以看出：與圖1所呈現的變化規律基本相同，即添加十二烷基硫酸鈉獲得的復合鍍層的耐磨性優于其余兩者的。此外，耐磨性也明顯受表面活性劑添加量的影響，表現為漸增強后漸削弱。

圖2 表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層磨損率的影響

依據Archard定律［6］并結合三種復合鍍層的磨損形貌（見圖3），可對耐磨性的改變作出闡釋。復合鍍層的耐磨性與顯微硬度之間存在著定性關系。十二烷基硫酸鈉與SiO2微粒間的相斥特性，促使SiO2微粒充分發揮彌散強化效應，提高了復合鍍層的顯微硬度和耐磨性。表面活性劑的添加量適宜，必然有利于微粒在復合鍍層中充分發揮彌散強化作用，增強復合鍍層的屈服強度及韌性，承磨減摩。如圖3（a）所示，復合鍍層表面的磨損輕微，磨痕淺且呈斷續狀。而添加量過小或過大，均不利于微粒在復合鍍層中發揮承磨減摩效果，也難以有效阻礙因摩擦導致的位錯滑移，因而造成復合鍍層的耐磨性削弱，表面磨損程度加劇，見圖3（b）。

圖3 表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層磨損形貌的影響

3 結論

考察了表面活性劑對Cu-SiO2復合鍍層的顯微硬度及耐磨性的影響。結果表明：添加十二烷基硫酸鈉（陰離子型表面活性劑）獲得的Cu-SiO2復合鍍層的顯微硬度相對較高且耐磨性較好。

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［2］黃偉九，薛燕.表面活性劑對鎂合金化學復合鍍Ni-P-SiC的影響［J］.材料工程，2010（1）：23-27.

［3］周琦，邵忠寶，賀春林，等.表面活性劑對鎳－磷－納米氧化鋁復合鍍的影響［J］.中國腐蝕與防護學報，2007，27（1）：27-30.

［4］張海軍，賈曉林，劉戰杰，等.納米Al2O3－SiO2的分散及顆粒間力的相互作用［J］.硅酸鹽學報，2003，31（10）：928-933.

［5］郭鶴桐.復合鍍層［M］.天津：天津大學出版社，1991.

［6］薛玉君，司東宏，劉紅彬，等.電沉積方式對Ni-CeO2納米復合鍍層摩擦磨損性能的影響［J］.中國有色金屬學報，2011，21（9）：2157-2162.

Ⅰnfluence of Surfactant on the Properties of Cu-SiO2Composite Coating

ZHOU Yan-min
（Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China）

Cu-SiO2composite coatings were respectively prepared from the solution containing sodium dodecyl sulfate，cetyltrimethylammonium bromide and polyethylene glycol，and the effects of the charged properties and adding amount of the surfactant on the micro-hardness and wear resistance of Cu-SiO2composite coating were also investigated.Results showed that，the Cu-SiO2composite coating obtained with sodium dodecyl sulfate presented higher micro-hardness and better wear resistance.

micro-hardness；wear resistance；Cu-SiO2composite coating；surfactant

TQ 153

A

1000-4742（2015）02-0006-03

2014-10-05