復合電鍍技術的現狀與展望

程舒來 周 慧 孔思諾 劉義輝

上海工程技術大學 上海 201620

1 引言

復合電鍍作為一種先進的、制取復合材料的工藝，在最近幾十年來一直受到越來越高的關注度，廣泛應用于航空航天、電子、化工、能源等工程技術領域[1―2]。本文從復合電鍍機理與特點的角度，總結并展望了國內外研究者在該領域的研究。

2 復合電鍍的特點

復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。通過這種工藝得到的鍍層就是復合鍍層。被用于沉積的金屬或合金被稱為基質，固體顆粒被稱為分散劑。通過改變基質與固體分散劑，可以得到具有不同特殊性質的復合鍍層。[3]

當耐磨性好、硬度高的硬質顆粒作為分散劑時，它們會支撐鍍層受到的主要磨損，使鍍層具有高耐磨性。[4]當云母、MoS2、WS2、氟化石墨作為分散劑時，這些具有低剪切強度的固體潤滑劑顆粒，能降低表明的摩擦系數，讓鍍層具有自潤滑功能，可用于常規潤滑失效的高速、高溫環境[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]；通過將陶瓷材料作為分散劑，填補純鎳鍍層中的通孔，得到的鎳基復合鍍層是常見的耐腐蝕復合鍍層[7]。

3 復合電鍍的機理

對于復合電鍍的機理，從20世紀60年代以來，國內外的許多學者已經提出過很多種不同的觀點[8]，但是都不能很好的解釋復合鍍層的共沉積過程。

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

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

4 復合電鍍技術未來的發展方向

隨著現代科技的發展，對于鍍層的性能要求也在相應的提高。相比傳統復合電鍍使用的微米顆粒，納米粒子具有表面效應等一系列特殊的性質，對于鍍層具有特殊的強化作用[13]。

而多元復合鍍技術也是未來復合電鍍技術的另一個發展方向。它制備的涂層性能更加優秀，可以滿足更多使用場景。比如Ni―Cr Al Y多元復合鍍層的抗高溫能力要好于Ni―Cr二元復合鍍層；Ni―Cr―SiC三元復合鍍層具有傳統Ni―Cr鍍層所欠缺的耐腐蝕性能。[14]

此外還有梯度功能材料，這種新興復合材料能實現材料正反兩面的物理性質呈連續的梯度變化[16]，在航空航天領域應用前景十分廣闊。

5 結語

從1920年第一個復合鍍層在德國被獲得，直到今天，復合電鍍的工藝技術與機理研究在過去的一個世紀內正在逐漸被重視，尤其是在最近30多年里發展迅猛。相信在未來，復合電鍍在相關領域的應用，必將全面提升材料表面防護等工程技術領域的制造水平。