磁場和電流密度對電沉積復合鍍層影響概述

陳子波 韓寧 高爭

華北理工大學 冶金與能源學院

一、前言

電沉積復合鍍層是利用鍍液中的金屬離子在待鍍材料陰極鍍上一層金屬。從而顯著提高復合鍍層的耐蝕性、耐磨性、導電性等等。電沉積復合鍍層過程有操作簡單、工藝成本低等一系列優點，廣泛用于表面工程、制備新材料等領域[1]。電沉積復合鍍層憑借他優良的性能和簡易的制作方式廣泛受到關注，成為復合鍍層的研究領域的熱點之一[2]。而施加穩恒磁場和改變電流密度會產生洛倫茲力，產生的洛倫茲力可以造成溶液擾動[3]，從而對電沉積復合鍍層過程的陰極有很好的沖刷作用。陰極對抗磁性的微粒有排斥力，從而使微粒遠離陰極表面，制得的鍍層微粒的含量增大，顯著提高了電沉積復合鍍層的表面形貌和性能。本文列舉了施加穩恒磁場和改變電流密度對復合鍍層性能的影響。

二、施加穩恒磁場對復合鍍層性能影響

電沉積復合鍍層的過程中沒有施加磁場的情況下電沉積復合鍍層中合金顆粒含量增大[4-5]，制得復合鍍層的性能不佳。施加穩恒磁場可以有效的改變復合鍍層性能并改變復合鍍層的表面形貌。惰性微粒是影響復合鍍層性能的關鍵因素之一。施加穩恒磁場帶來的MHD效應對電鍍液有攪拌作用，這種攪拌作用可以使惰性微粒分布更加均勻，來提高電沉積復合鍍層的性能。施加的穩恒磁場有平行磁場、垂直磁場和梯度磁場。施加磁場。以下則是對施加不同種磁場對復合鍍層性能影響的介紹。

（一）施加平行磁場

施加平衡磁場即在電沉積復合鍍層過程中，使電流方向與磁場方向保持平行。通過T.Yamada[6]研究發現，在平行磁場下的電沉積會使鍍層呈現“蜂窩”狀分布。因而平行磁場的施加對電沉積復合鍍層表面形貌有顯著改善。平行磁場的加入會產生MHD效應和磁化力。平行磁場的施加帶來的這兩種效益有益于電沉積船只過程和離子運動，從而提高鍍層的結合力、耐磨性等。

（二）施加垂直磁場

施加垂直磁場即在電沉積復合鍍層過程中，使電流方向和磁場方向保持垂直。在垂直磁場下，電沉積復合Fe-微米Si顆粒時，使微米Si顆粒可以呈現紋狀分布[7]。垂直磁場的加入會帶來MHD效應，對電沉積復合鍍層有很好的改善作用[8]。

（三）施加梯度磁場

梯度磁場的施加則有在原本施加的磁場中加入可磁化材料，就會在電極附近產生梯度磁場。梯度磁場的作用則會使電沉積復合鍍層呈現“圓丘”狀排列。梯度磁場的施加帶來的磁場梯度力和磁場帶來的MHD效應會使電沉積復合鍍層有定向排列的趨勢。因此，施加磁場會顯著提高電沉積復合鍍層的表面形貌。

（四）電沉積復合鍍層施加磁場的優勢

電沉積復合鍍層施加磁場制備復合鍍層有設備簡單、需要溫度低、成本小、方便控制等優點。綜上所述，制備的復合鍍層具有更好的表面形貌，也提高了金屬表面的耐蝕性、耐磨性、耐高溫等性能。通過馮秋元對施加磁場對電沉積Ni-Al2O3復合鍍層的性能研究表明，施加磁場獲得的復合鍍層的晶粒更加細化，鍍層形貌更加光滑，并且具有更好的耐磨性、耐蝕性以及耐高溫的性能。

三、改變電流密度對復合鍍層性能影響

電流密度的改變帶來的洛倫茲力可以顯著提高電沉積復合鍍層致密性。合適的電流密度可以很好地改變復合鍍層的顯微組織。電流密度過高和過低都會對復合鍍層性能有不好的影響。過低的電流密度會使復合鍍層的結合力降低，過高的電流密度會使復合鍍層顆粒變大從而使致密性下降。因此改變電流密度達到對電沉積復合鍍層最合適的電流密度可以很好的改變鍍層表面顆粒，來提高致密性。電流和磁場的相互作用會誘導發生MHD效應，可以提高鍍液的傳質作用，顯著提高復合鍍層的表面形貌。

四、結語

1.單獨施加磁場和改變電流密度都可以很好的改善電沉積復合鍍層的表面形貌，二者相互作用也可以顯著改善其表面形貌。

2.施加不同類型的磁場對電沉積復合鍍層的影響是不同的，但都具有改變電沉積復合鍍層表面形貌的作用。目前在此方向研究尚未成熟，有很好的研究和未來應用前景。