納米復合電鍍層的研究

葉群麗

(雅安職業技術學院藥學檢驗系，四川　雅安　625000)

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納米復合電鍍層的研究

葉群麗

(雅安職業技術學院藥學檢驗系，四川雅安625000)

納米復合電鍍是獲得納米復合鍍層的一種新工藝，能夠很好地提高鍍層的性能。納米復合電鍍層比一般的復合鍍層具有更好的耐磨性、耐蝕性和更高的硬度。本文介紹了納米粒子復合電鍍層的結構及具有耐磨性能、耐腐蝕性能、自潤滑性能、抗高溫氧化性能和催化性能等不同功能的納米復合電鍍層，并對納米復合電鍍的發展前景進行了展望。

納米；復合電鍍；復合鍍層；功能

隨著納米材料科學的發展，人們對納米微粒性質的認識不斷深化。納米粒子因具有量子尺寸、小尺寸、表面與界面及宏觀量子隧道效應，在磁學、力學、熱學、光學、電學等領域得到廣泛應用[1]。納米復合電鍍技術是將納米微粒引入金屬鍍層中，其賦予金屬鍍層以納米粒子獨特的物理及化學性能，是納米材料技術與復合電鍍技術結合的結果，是復合電鍍技術發展進程中的一次質的飛躍[2]。

納米復合電鍍是在普通電鍍液中加入一種或幾種一定濃度的不溶性的納米固體顆粒(如SiC、Al2O3、TiO2、PTFE等)，并使其與被鍍金屬離子共沉積而得到具有耐磨、耐蝕、自潤滑等功能的納米復合鍍層的一種技術[3]。具有優異特性的納米顆粒材料在復合電鍍中的應用促進著復合電鍍層的發展。如何使其得到開發及實際應用，正日益成為復合電鍍技術研究的重點。

1　納米粒子復合電鍍層的結構及性能

納米粒子復合電鍍層的結構如下[2]：①鍍層由大量均勻彌散分布于基質金屬中的納米粒子和基質金屬鍍層兩部分構成；②納米粒子和基質金屬共沉積過程中，納米粒子使基質金屬的晶粒大為細化，甚至可成為納米晶；③鍍層的納米粒子質量分數通常在10%以內。

與具有相同組成、微粒粒徑在微米尺度的普通復合鍍層相比[3]，納米復合電鍍層因存在納米粒子而表現出耐磨、自潤滑、抗高溫氧化、耐腐蝕、電及光催化等優異的性能。隨著研究的深入，納米復合鍍層逐步發展成為復合電鍍的一個非常重要的新分支，在機械、化工、航空航天、汽車、紡織以及電子工業等領域中有著廣闊的應用前景，其中一些鍍種己在生產中得到應用。

2　納米復合電鍍層的分類

根據功能特點納米復合電鍍層可分為耐磨、耐蝕、自潤滑、抗高溫氧化、催化功能等納米復合電鍍層。

2.1耐磨納米復合電鍍層

趙國剛等[4]電沉積制備了Ni-Al2O3納米復合鍍層，納米Al2O3顆粒在鍍層中分布均勻，復合鍍層硬度較純鎳鍍層高200 HV，磨損量為純鎳鍍層的1/2，由于Al2O3的作用，復合鍍層的磨損機理由普通鎳鍍層的黏著磨損變為磨粒磨損。薛玉君等[5]電沉積制備了Ni-La2O3納米復合鍍層，在干摩擦條件下，納米復合鍍層的減摩耐磨性能明顯優于微米復合鍍層和純鎳鍍層，納米La2O3顆粒增強鎳基復合鍍層的晶粒細小，結構更加致密，復合鍍層硬度較純鎳鍍層高2.15 GPa，磨損量為純鎳鍍層的1/5。Zhou YB等[6]電沉積制備了Ni-Cr納米復合鍍層，隨著鍍層中納米粒子Cr含量從0增加到11%，鍍層的硬度提高約250 HV，磨損量逐漸減小。Maria Lekka等[7]電沉積制備了Ni-SiC納米復合鍍層，復合鍍層與純鎳鍍層相比晶粒細小，鍍層致密，顯微硬度提高了30%，耐磨性提高了35.7%。

2.2耐蝕性納米復合電鍍層

張文峰等[8]電沉積制備了Ni-ZrO2納米復合鍍層，在脈沖條件下得到的納米復合鍍層的腐蝕速率最小，納米ZrO2顆粒以及脈沖電沉積工藝使得脈沖復合鍍層具有較好的耐腐蝕性能。張剛等[9]電沉積制備了Ni-碳納米管納米復合鍍層，與純鎳鍍層相比，納米復合鍍層的腐蝕速率低，自腐蝕電位較正，極化率較大，耐NaCl溶液腐蝕的性能更好，碳納米管的加入促進了鎳的鈍化顯著提高了復合鍍層的耐腐蝕性能。Li J等[10]電沉積制備了Ni-TiO2納米復合鍍層，TiO2均勻分散在鍍層中，隨著納米粒子含量的增加和粒徑的減小，復合鍍層的硬度及耐蝕性都提高。Baghery P等[11]電沉積制備了Ni-TiO2納米復合鍍層，納米粒子均勻分散在鎳基中提高了鍍層的耐蝕性能，隨著納米TiO2微粒的增加，鍍層的極化電阻增大，腐蝕電流降低，腐蝕電位轉化成正值。

2.3自潤滑納米復合電鍍層

杜克勤等[12]電沉積制得了Ni-W-PTFE納米復合鍍層，PTFE質量濃度提高會使復合鍍層的摩擦系數降低，PTFE在鍍層中彌散使鍍層表現了良好的自潤滑性。陳衛祥等[13]制備出了含有無機類富勒烯納米材料的Ni-P-WS2納米復合鍍層，該鍍層具有良好的耐磨性和自潤滑性能，納米復合鍍層的磨損量是Ni-P鍍層的1/5～1/7，其摩擦系數為0.024～0.035，Ni-P鍍層的摩擦系數為0.1。Shi L等[14]電沉積制備了Ni-Co-MoS2納米復合鍍層，MoS2均勻分布在復合鍍層中，納米粒子的加入使得復合鍍層摩擦系數和磨損率都較合金鍍層小。

2.4抗高溫氧化納米復合電鍍層

司東宏等[15]超聲電沉積制備了Ni-ZrO2納米復合鍍層，該復合鍍層表現出良好的抗高溫氧化性能，納米顆粒以及超聲波的晶粒細化作用均顯著提高納米復合鍍層的抗高溫氧化性能，該復合鍍層晶粒最小、氧化增重量最少、顯微硬度最高、磨損率最小。姚素薇等[16]電沉積制備了Ni-W/ZrO2納米復合鍍層，該復合鍍層氧化增重為合金鍍層的1/2，納米ZrO2微粒的加入使Ni-W/ZrO2鍍層的結構發生變化，其高溫熱穩定性較合金提高39 ℃，鍍層表面平整。Xue YJ等[17]超聲脈沖電沉積制備了Ni-CeO2納米復合鍍層，該復合鍍層在800 ℃下具有較純鎳鍍層好的抗高溫氧化性能，納米復合鍍層具有較小的晶粒和較好的抗高溫氧化性，超聲攪拌使得納米粒子均勻分散、鍍層中納米粒子含量稍微減少、復合鍍層的晶粒更加細化、提高了鍍層的抗高溫氧化性，超聲阻止了氧化物NiO的生長，使生成的氧化膜致密。

2.5催化功能納米復合電鍍層

李愛昌等[18]復合電沉積制備了(Ni-Mo)-TiO2納米復合鍍層電極，該納米復合電極具有較高的催化析氫活性，隨著鍍液中TiO2懸浮量的增加，電極的析氫催化活性先增大后減小，其電極電勢相對于Ni-Mo電極正移了120 mV，相對于Ni電極正移了542 mV。Deguchi T等[19]在鋼片上從硫酸鋅鍍液中快速電鍍出了Zn-TiO2納米復合鍍層，將其用作氣相氧化CH3CHO的光催化電極，光催化活性隨TiO2含量的增加而提高。將其在673 K下進行熱處理，由于形成ZnO與TiO2的良好協同效應，這種納米復合電極的光催化活性提高1.5倍。

3　結　語

納米顆粒的加入能顯著提高復合鍍層的性能，納米材料是當今材料領域的研究熱點，因此納米材料在復合鍍層中的研究應用具有很好的發展前景。納米復合電鍍作為一種新技術，需要研究者付出很多的努力才可逐漸得到完善。

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Study on Nanocomposite Electrodeposits

YEQun-li

(Pharmaceutical Inspection Department, Ya’an Vocational Technology, Sichuan Ya’an 625000, China)

Nanocomposite electroplating is a new technology which can be used to prepare nanocomposite coatings and improve the performance of the coatings. Compared with general composite plating, nanocomposite electrodeposits has better wear resistance, corrosion resistance and higher hardness. The structure of nanocomposite coatings was introduced. The nanocomposite electrodeposits with the different functions of wear resistance, corrosion resistance, self-lubrication, high temperature oxidation resistance and catalytic activity were reviewed. The prospect of nanocomposite electroplating was presented.

nano; composite electroplating; composite electrodeposits; function

葉群麗(1985-)，女，助教，主要從事化學分析與教學。

TQ153.1

A

1001-9677(2016)05-0037-02