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电沉积镍基合金及其复合镀层的研究现状与发展趋势

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-12  浏览次数:695

1 前言

 

随着现代科学技术的飞速发展,单一金属材料很难满足某些特殊需求。而日益兴起的复合材料由于具有许多特殊的性能和功能,在现代科学技术中发挥着重要的作用。制取复合材料的方法有多种,其中,复合电沉积就是一种很有价值的获得复合材料镀层的表面强化新工艺,能使金属或合金与无机颗粒、有机颗粒或金属颗粒共同沉积,以形成复合材料镀层。应用复合电沉积技术可以获得许多具有特殊功能的复合材料镀层,如耐磨镀层、耐高温镀层、耐蚀镀层、高温耐磨镀层、高温耐磨耐蚀镀层、特殊装饰性彩色镀层、有电接触功能的镀层等等。采用电沉积在机械零部件表面制取多功能复合材料,是最省时和经济的手段。而且,复合镀层是以薄的表层材料取代贵重的整体实心材料,达到使用要求,为此可节约大量昂贵的材料,将有较大的经济效益和社会效益。该技术在机械、磷化工、冶金、航空航天、汽车、卷烟、纺织、煤矿机械、水电以及电子等工业中复合电沉积技术有着广泛的应用前景,可代替电镀硬铬工艺,从而可减少环境污染。为此,国家发展计划委员会2002年批准高技术产业化推进项目-----电沉积多功能复合材料的产业化推进(文件批号为计高技[2002]24号)。

 

对材料进行表面改性是当今材料研究的一个重要方向。全国在卷烟、磷化工、机械、电力、冶金及煤炭、轻工、核能、汽车、电子等产业中的许多设备及零配件急待解决其耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化等问题,每年要花费巨额外汇从国外进口设备及相应的零部件。虽然国产这些配件,从设计到加工都没有什么问题,但关键是表面改性技术跟不上,导致零配件的使用周期缩短,材料消耗大,生产成本提高。因此,对材料进行表面改性与强化处理,使其具有新的性能和功能,从而提高使用寿命,降低成本。此外,目前很多机械零部件表面均采用电镀硬铬工艺,以提高其耐磨、耐蚀性能,但是,在电镀硬铬的过程中,废水和废气中大量的六价铬对环境造成很大的污染。为此,广大从事表面处理的科技工作者都积极寻找代铬工艺,其中电沉积镍基合金及其复合镀层新技术将是未来比较理想的代铬新工艺。本文将对电沉积镍基合金及其复合镀层的工艺及性能作一综述,以引起人们的重视和使用。

 

2 电沉积镍基合金及其复合镀层的工艺及性能

 

2.1 二元镍基合金镀层 2.1.1 电沉积Ni-P合金镀层[1-3] Ni-P合金镀层由于具有优异的性能,自1946年以化学镀的方法首次得到以来,在研究及应用方面取得了长足的进步。获得镍磷合金镀层的方法包括化学镀和电镀两种,在沉积速度、镀液稳定性、成本、最大厚度等诸多方面,获得Ni-P合金镀层的电镀法具有化学镀所不具备的优点,对于形状相对比较简单、要求镀层较厚的工件,采用电镀Ni-P合金方法更合适。在电沉积Ni-P合金中,当磷含量大于10at%,就能得到单相的非晶态合金,磷含量和合金结构均匀性是影响Ni-P合金电化学性能的决定性因素,Ni-8.7P合金是一种由Ni-P非晶和具有Ni(111)择优取向的fcc结晶组成的混合相。而Ni-19.2P合金具有非晶态结构特征,这种合金具有高的电极电位和优良的耐蚀性能,这是由于非晶态合金自身的均匀性及合金表面磷元素富集的结果,而不是合金的自钝化。

 

若在化学镀的基础上叠加脉冲电流的脉冲电沉积,其沉积速度、镀层性能及镀液的稳定性,均优于化学镀。在同样施镀温度和镀液条件下,脉冲电沉积获得的非晶态Ni-P合金的

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