一種電鍍工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電鍍工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]所謂的復(fù)合電鍍，就是在電鍍液中加入非水溶性的固體微粒，并使其與主體金屬共沉積在基材上的涂覆工藝，得到的鍍層為復(fù)合鍍層。為了提高機(jī)械零部件使用壽命，國內(nèi)外學(xué)者對材料表面改性技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，這些技術(shù)歸納起來主要有兩類:熱加工法(如熱噴涂、激光、氣相沉積等)和濕法(電沉積、化學(xué)鍍、電刷鍍等)。其中復(fù)合電鍍技術(shù)由于其工藝簡單、能顯著地改善鍍層的性能、節(jié)約大量貴重原材料而引起了人們的關(guān)注口 J。
[0003]復(fù)合電鍍在國外已有六、七十年的歷史，國內(nèi)起步較晚，近二十多年才得以迅速發(fā)展。目前，復(fù)合電鍍技術(shù)仍是世界各國競相研究的熱點(diǎn)，尤其日本、俄羅斯在該領(lǐng)域的研究較深入。目前研制出的鍍層從功能上已形成多種系列:在復(fù)臺電鍍工藝方面，已從二元到多元，從普通的固體微粒到納米顆粒，從一般的復(fù)合鍍到梯度復(fù)合鍍，并在鍍層中引入稀土化合物。
[0004]復(fù)合電鍍屢的制備特點(diǎn)
[0005]用復(fù)臺電鍍技術(shù)制各復(fù)合材料比熔滲法，熱擠壓法，粉末冶金法等熱加工法具有顯著的優(yōu)越性，其特點(diǎn)如下:
[0006]作溫度低；用熱加工方法制各復(fù)合材料一般須在500?1000°C或更高的溫度下進(jìn)行處理，基質(zhì)金屬與固體微粒之間難免發(fā)生相互擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象，并且不能實(shí)現(xiàn)有機(jī)物夾雜；采用復(fù)合電鍍方法，因大多數(shù)是在水相中進(jìn)行，溫度很少超過90°C，一般在50?60°C左右進(jìn)行，即使是有機(jī)物也能穩(wěn)定存在?；|(zhì)金屬與各類夾雜物基本上不發(fā)生相互作用，仍能保持其各自特性。
[0007]材料在使用過程中往往是表面最先受到破壞，磨損和腐蝕是兩種最主要的破壞形式。據(jù)估計(jì)，摩擦磨損每年給美國造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)4200億美元，相當(dāng)于其國民生產(chǎn)總值的6%。為此人們開發(fā)出了許多改善材料表面性能的技術(shù)手段以提高材料的使用壽命，目前材料表面改性技術(shù)的研究己成為材料科學(xué)中的研究熱點(diǎn)。金屬材料表面改性技術(shù)大致可以分為兩類:一類是熱加工法，如電子束沉積、激光涂覆、氣相沉積、離子沉積等；另一類是濕法，如電沉積(電鍍)、化學(xué)鍍、刷鍍、陽極氧化、磷化等。在這些方法中，就制取耐磨表面材料而目，電沉積法
[0008]由于具有投資少、操作簡單、易于控制、生產(chǎn)成本低和能耗少等優(yōu)點(diǎn)而受到人們青睞。目前電沉積技術(shù)已有了長足發(fā)展，從單金屬沉積，發(fā)展到現(xiàn)在為滿足特定性能要求的合金、金屬/多種顆粒的復(fù)合電沉積技術(shù)。
[0009]復(fù)合電鍍(復(fù)合電沉積或分散電鍍)是在金屬(或合金)電鍍液中加入一種或數(shù)種不溶性非金屬固體顆粒，或向溶液中加入某種化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生沉淀來得到固體顆粒，使其與金屬(或合金)共沉積而得到復(fù)合鍍層的一種工藝。自從1949年美國人A.Simos獲得第一個(gè)復(fù)合電鍍專利以來，復(fù)合電鍍工藝手段與方法不斷得到完善，20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了金屬/陶瓷顆粒(微米級)鍍層復(fù)合材料。80年代初開始了將納米顆粒引入金屬鍍層的研究工作，但直到90年代中期才研究獲得了金屬/納米陶瓷顆粒的表面復(fù)合鍍層材料。
[0010]納米材料科學(xué)與技術(shù)是20世紀(jì)末出現(xiàn)并將在21世紀(jì)嶄露頭角的一門新興學(xué)科，它的發(fā)展將對許多學(xué)科產(chǎn)生深刻影響。納米粉體材料是納米科技的研究熱點(diǎn)之一，也是目前應(yīng)用最為廣泛的納米材料。將納米粉體材料引入復(fù)合鍍技術(shù)中是對納米材料應(yīng)用的重大發(fā)展，也是復(fù)合鍍技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。目前人們已制各了多種納米復(fù)合鍍層，如高硬度、耐磨復(fù)合鍍層，自潤滑復(fù)合鍍層，具有電接觸功能的復(fù)合鍍層，耐蝕、裝飾功能的復(fù)合鍍層等，其中高硬度、耐磨復(fù)合鍍層是研究較多和較為系統(tǒng)的鍍層材料。耐磨納米復(fù)合鍍層的研究與開發(fā)將涉及到材料學(xué)、復(fù)合電沉積、納米材料學(xué)和納米摩擦學(xué)等多學(xué)科知識。
[0011 ] 納米材料是指由納米結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的任何材料，如金屬、陶瓷、聚合物、半導(dǎo)體、玻璃和復(fù)合材料等，納米材料主要被制成納米粉體材料、晶體材料和薄膜材料三種。處于納米尺度下的物質(zhì)，其電子的波性以及原子之間的相互作用將受到尺度大小的影響，諸如熔點(diǎn)、磁學(xué)性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能、力學(xué)性能和化學(xué)活性會出現(xiàn)與傳統(tǒng)材料迥然不同的性質(zhì)，而且表現(xiàn)出的獨(dú)特性能無法用傳統(tǒng)的理論體系來解釋。納米材料由納米粒子組成，納米粒子是制備納米復(fù)合材料常用的結(jié)構(gòu)單元，也是能和傳統(tǒng)材料相復(fù)合，對傳統(tǒng)材料進(jìn)行納米改性最常用的納米添加元素。
[0012]納米粒子是指顆粒尺寸為納米量級的超細(xì)微粒，它的尺度大于原子簇，小于通常的微粉。納米粒子尺寸一般在lOOnm之間，也被稱為超微粒子。從通常的關(guān)于宏觀和微觀的觀點(diǎn)看，這樣的系統(tǒng)既非典型的微觀系統(tǒng)也非典型的宏觀系統(tǒng)，是一種典型的介觀系統(tǒng)。當(dāng)小粒子的尺寸進(jìn)入納米量級時(shí)，其本身具有量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，這四大效應(yīng)造成了小粒子以及由它們構(gòu)成的納米材料展現(xiàn)出許多特有的性質(zhì)，在催化、濾光、光吸收、醫(yī)藥、磁介質(zhì)及新材料等方面有廣闊的應(yīng)用前景。
[0013]當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)榉稚⒛芗壍默F(xiàn)象和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最抵未被占據(jù)的分子軌道能級，能隙變寬現(xiàn)象稱為量子尺寸效應(yīng)。當(dāng)能級間距大予熱能、磁能、靜磁能、靜電能、光子能量、超導(dǎo)態(tài)的凝聚能時(shí)，將導(dǎo)致納米微粒的磁、光、聲、熱、電、超導(dǎo)電性與宏觀特性存在顯著不同。例如，顆粒的磁化率、比熱容與其所含電子的奇、偶數(shù)有關(guān)，相應(yīng)產(chǎn)生光譜線的頻移、介電常數(shù)變化等，甚至奇、偶數(shù)電子還會影響其催化性質(zhì)。小尺寸效應(yīng)(體積效應(yīng))指納米微粒尺寸與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長、超導(dǎo)態(tài)的相干長度或透射深度等特征尺度相當(dāng)或更小時(shí)，周期性的邊界條件將被破壞，在聲、光、電、磁、熱力學(xué)等特性均呈現(xiàn)小尺寸效應(yīng)。這種特異效應(yīng)為納米材料的應(yīng)用開拓了廣闊的新領(lǐng)域，例如，隨著納米材料粒徑的減小，其熔點(diǎn)不斷降低，燒結(jié)溫度也顯著下降，從而為粉末冶金工業(yè)提供了新工藝；利用等離子共振頻移隨晶粒尺寸變化的性質(zhì)，可以通過改變晶粒尺寸來控制吸收波的位移，從而制造出具有一定頻寬的微波吸收材料，用于電磁屏蔽、隱形飛機(jī)等。當(dāng)材料的粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原子直徑時(shí)，表面原子可以忽略；但當(dāng)粒徑逐漸接近于原子直徑時(shí)，表面原子的數(shù)目及其作用就不能忽略，而且這時(shí)晶粒的表面積、表面能和表面結(jié)合能等都發(fā)生了很大的變化，人們把由此引起的種種特異效應(yīng)統(tǒng)稱為表面效應(yīng)。由于表面原子數(shù)的增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定，很容易與其他原子結(jié)合。例如，金屬的納米粒子在空氣中會燃燒，無機(jī)的納米粒子暴露在空氣中會吸附氣體，并與氣體進(jìn)行反應(yīng)。