復(fù)合電鍍技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

程舒來(lái) 周 慧 孔思諾 劉義輝

上海工程技術(shù)大學(xué) 上海 201620

1 引言

復(fù)合電鍍作為一種先進(jìn)的、制取復(fù)合材料的工藝，在最近幾十年來(lái)一直受到越來(lái)越高的關(guān)注度，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、化工、能源等工程技術(shù)領(lǐng)域[1―2]。本文從復(fù)合電鍍機(jī)理與特點(diǎn)的角度，總結(jié)并展望了國(guó)內(nèi)外研究者在該領(lǐng)域的研究。

2 復(fù)合電鍍的特點(diǎn)

復(fù)合電鍍是金屬與懸浮在鍍液中的不溶性固體顆粒共同沉積形成鍍層的一種工藝。通過(guò)這種工藝得到的鍍層就是復(fù)合鍍層。被用于沉積的金屬或合金被稱為基質(zhì)，固體顆粒被稱為分散劑。通過(guò)改變基質(zhì)與固體分散劑，可以得到具有不同特殊性質(zhì)的復(fù)合鍍層。[3]

當(dāng)耐磨性好、硬度高的硬質(zhì)顆粒作為分散劑時(shí)，它們會(huì)支撐鍍層受到的主要磨損，使鍍層具有高耐磨性。[4]當(dāng)云母、MoS2、WS2、氟化石墨作為分散劑時(shí)，這些具有低剪切強(qiáng)度的固體潤(rùn)滑劑顆粒，能降低表明的摩擦系數(shù)，讓鍍層具有自潤(rùn)滑功能，可用于常規(guī)潤(rùn)滑失效的高速、高溫環(huán)境[5]。此外，加入二氧化硅，碳化鎢，碳化硅等微粒可以大大提高材料的耐腐蝕性[6]；通過(guò)將陶瓷材料作為分散劑，填補(bǔ)純鎳鍍層中的通孔，得到的鎳基復(fù)合鍍層是常見的耐腐蝕復(fù)合鍍層[7]。

3 復(fù)合電鍍的機(jī)理

對(duì)于復(fù)合電鍍的機(jī)理，從20世紀(jì)60年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者已經(jīng)提出過(guò)很多種不同的觀點(diǎn)[8]，但是都不能很好的解釋復(fù)合鍍層的共沉積過(guò)程。

直到1972年，意大利學(xué)者Gugliemi綜合考慮了過(guò)去提出的模型，對(duì)復(fù)合電鍍的共沉積過(guò)程提出了弱吸附與強(qiáng)吸附的兩步理論。他提出當(dāng)金屬或合金與分散劑共沉積時(shí)，微粒首先被溶劑分子和吸附離子覆蓋，通過(guò)范德華力的作用形成一個(gè)弱的、可逆的吸附層；之后吸附了各種離子的微粒在電場(chǎng)的作用下向陰極移動(dòng)；當(dāng)帶電荷的微粒移動(dòng)到雙電層時(shí)，會(huì)被增強(qiáng)的靜電引力與陰極建立一個(gè)強(qiáng)吸附；在界面電場(chǎng)的影響下，微粒固定在陰極表面并被不斷增厚的金屬鍍層捕獲，最終形成復(fù)合鍍層[9]。

兩步吸附機(jī)理為金屬和微粒共沉積過(guò)程的解釋做出了重要貢獻(xiàn)，是復(fù)合電鍍機(jī)理研究的經(jīng)典理論，后續(xù)很多模型的提出都建立在兩步吸附機(jī)理與模型上[10―12]。

4 復(fù)合電鍍技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，對(duì)于鍍層的性能要求也在相應(yīng)的提高。相比傳統(tǒng)復(fù)合電鍍使用的微米顆粒，納米粒子具有表面效應(yīng)等一系列特殊的性質(zhì)，對(duì)于鍍層具有特殊的強(qiáng)化作用[13]。

而多元復(fù)合鍍技術(shù)也是未來(lái)復(fù)合電鍍技術(shù)的另一個(gè)發(fā)展方向。它制備的涂層性能更加優(yōu)秀，可以滿足更多使用場(chǎng)景。比如Ni―Cr Al Y多元復(fù)合鍍層的抗高溫能力要好于Ni―Cr二元復(fù)合鍍層；Ni―Cr―SiC三元復(fù)合鍍層具有傳統(tǒng)Ni―Cr鍍層所欠缺的耐腐蝕性能。[14]

此外還有梯度功能材料，這種新興復(fù)合材料能實(shí)現(xiàn)材料正反兩面的物理性質(zhì)呈連續(xù)的梯度變化[16]，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用前景十分廣闊。

5 結(jié)語(yǔ)

從1920年第一個(gè)復(fù)合鍍層在德國(guó)被獲得，直到今天，復(fù)合電鍍的工藝技術(shù)與機(jī)理研究在過(guò)去的一個(gè)世紀(jì)內(nèi)正在逐漸被重視，尤其是在最近30多年里發(fā)展迅猛。相信在未來(lái)，復(fù)合電鍍?cè)谙嚓P(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，必將全面提升材料表面防護(hù)等工程技術(shù)領(lǐng)域的制造水平。