纳米耐磨复合刷镀层研究进展

引言

纳米复合镀层是利用电刷镀原理，使纳米粒子与基质金属离子在电场作用下在阴极工件表面发生共沉积而得到复合刷镀层的一种表面工程技术。纳米复合镀层主要是在基础镀液中添加Al2O3、SiO2、SiC、金刚石、石墨、碳纳米管等纳米颗粒，由于纳米颗粒的存在，影响了镀层金属组织结构，可以提高镀层的硬度、耐磨性、或减小镀层的摩擦系数，从而达到优化镀层的目的。

一、镍基纳米耐磨复合刷镀层

（一）Ni/Al2O3纳米复合刷镀层

蒋斌等研究表明Ni/ Al2O3镀层的硬度达到HV700，比快速镍镀层提高40%；当镀层中Al2O3微粒含量超过2.56%（质量分数）时，镀层的耐磨性显著下降。

杜令忠等人研究发现Ni/ Al2O3纳米复合刷镀层的耐磨性比快速镍都城提高了30%到50%。

杨华等试验表明，Ni/ Al2O3纳米复合刷镀层的耐磨损性是纯镍刷镀层的1.3～2.5倍，纳米颗粒主要通过细化镀层组织、弥散强化和阻碍镀层中微裂纹的扩展来强化复合刷镀层的抗油沙粒磨损性能。

张斌等采用自动化电刷镀系统制备了Ni/Al2O3纳米复合刷镀层，与手动纳米电刷镀镀层对比发现自动化纳米电刷镀效率高，镀层组织更致密 。

（二）Ni/SiO2纳米复合刷镀层

谭俊等试验表明，脉冲电刷镀Ni/SiO2复合镀层比直流复合镀层表面更平整，镀层晶粒团更加细小、孔隙率更低、耐磨性更高。

（三）Ni/TiO2纳米复合刷镀层

赵建华等研究表明当纳米粒子的质量浓度为20g/L、纳米粒子粒径小于30nm、温度为40℃、电压为14V时，镀层耐磨性达最优，其耐磨性是纯镍镀层的4倍。

（四）Ni/C纳米复合刷镀层

张伟等制得含纳米金刚石粉的复合镀层，在室温、高负荷下具有优良的抗疲劳和抗磨损性能，其耐磨性是纯镍镀层的4倍。

于金库等研究结果表明Ni/金刚石复合刷镀层的硬度达到HV860，耐磨性为镍镀层的6倍。

李培耀等发现与常规镀层相比，含有碳纳米管的复合镀层组织明显细化，显微硬度、热稳定性和耐磨性得到了明显的提高。

（五）其它颗粒镍基纳米复合刷镀层

刘先黎等制备了Ni/FeS纳米复合刷镀层，其耐磨性是快速镍刷镀层的2.5倍。

顾卓明等制备了具有层状结构的Ni/Cr2O3纳米复合刷镀层，与Ni镀层相比具有较高的显微硬度、细小的结晶晶粒和较好的耐磨性。

二、镍磷基纳米耐磨复合刷镀层

向永华发现镍磷基纳米Al2O3复合电刷镀层表面粗糙度更小，组织有明显的细化倾向；当镀液中Al2O3含量为20g/L时，复合刷镀层维氏硬度是Ni-P镀层的1.3倍，磨损失重比Ni-P镀层减少60%。

董世运等研究了纳米颗粒含量、刷镀电压和刷镀笔移动速度对复合刷镀层中P和Al2O3含量的影响。制备的复合刷镀层，组织致密，含有纳米颗粒和非晶相。

刘晓亮等制备了Ni-P/SiC、Ni-P/WC纳米复合镀层，与传统镍磷镀层相比较，组织结构更加致密，显微硬度有较大程度的提高，耐磨性增强。

刘圆圆等制备（Ni-P）-Co/WC纳米颗粒复合镀层。结果显示，复合镀层中的组织结构更加致密，显微硬度比Ni-P合金镀层有较大程度的提高，达到HV876。

三、结束语

纳米耐磨复合电刷镀层是由基质Ni和弥散其中的纳米颗粒组成的。当前，纳米耐磨复合电刷镀层的基质材料很有限，主要是镍基和镍磷基。纳米颗粒主要有纳米氧化铝粉、纳米金刚石粉、纳米碳化硅粉等几种，而耐磨复合镀层的种类和性能也很有限，具有其它特殊功能的复合刷镀层或多粒子复合刷镀层等方面的研究还不如电镀或化学镀那样丰富，因此，纳米复合耐磨刷镀层还有非常大的发展空间和研究价值。

随着人们对纳米微粒认识的加深和研究的深入，纳米耐磨复合电刷镀层种类会日益丰富，它将会以更大更多的用途体现在人们的生活中。

参考文献：

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[4]张斌，徐滨士，吴斌.自动化纳米电刷镀复合镀层的组织和性能[J].金属热处理，2007，32（1）：43-45.

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（作者单位：聊城大学汽车与交通工程学院）