銅基Ni—SiC復合鍍層工藝淺析

段利利

【摘 要】實驗中采用垂直擺放電極制取鍍層和改變電極擺放（水平擺放電極）來制取Ni-SiC納米鍍層，對鍍層性能進行分析，優選出工藝參數為：電流密度：5A/dm2；攪拌速度：200rpm；溫度：40℃；pH：3；鍍液中納米SiC的濃度為2g/l；電鍍時間：40min。

【關鍵詞】Ni-SiC 復合鍍層 工藝參數 性能

復合電鍍是通過金屬電沉積的方法，將一種或數種不溶性的固體顆粒，均勻地夾雜到金屬中以形成具有特殊性能的鍍層。納米級別的顆粒，其在電鍍中的應用能較大幅度地改善鍍層的磨損性能。

傳統的電鍍方法，兩平行電極垂直放置，如圖1（a）所示。設想，若將兩平行電極水平放置，陰極置于陽極之下，如圖1（b）所示。通常沉積的固體顆粒密度遠大于電鍍液的密度，它們在電鍍液中自動快速沉降，這樣，大量SiC顆粒沉積于基體表面將對Ni的沉積形成一定的阻礙，在此種情況對獲得高硬度的復合鍍層有什么影響。本文在研究傳統電鍍方法制取復合鍍層并優化其工藝參數的基礎上研究改變電極擺放方式后制取復合鍍層工藝參數并優化。垂直擺放電極制取的復合鍍層和純鎳鍍層進行性能測試作對比。

1 實驗方法

（1）制備純鎳鍍層試樣作為性能對比參照。以純鎳板作陽極，銅板作陰極。將處理好的陰極基體如圖1（a）實驗裝置所示放置，接好電線，通脈沖電流進行電鍍。

（2）制備納米復合鍍層試樣。在制取純鎳鍍層試樣的裝置基礎上，放入納米SiC，制取復合鍍層，操作方法如前所述。

（3）改變電極擺放，如圖1（b）實驗裝置所示放置，制取復合鍍層。標記存好以備各種參數表征以及性能測試。電鍍時間在40min。

（4）復合鍍層制取工藝流程：配置鍍液→電解除雜→過濾→加熱→基體前處理→水洗→去污除油→水洗→酸洗活化→水洗→電鍍（攪拌、超聲波）→水洗→干燥→標記保存。

2 結果與討論

在復合電鍍過程中，電流密度是影響微粒復合沉積的一個關鍵因素。實驗中，分別在電流密度為3A/dm2、4A/dm2、5A/dm2、7.5A/dm2條件下制取復合鍍層，其他條件為pH：4-5；攪拌速度：300rpm；溫度：50℃；時間：40min；脈沖電流、超聲波。表1為不同電流密度下的鍍層中SiC的含量（鍍液中SiC 2g/l）。

從表1中可知，鍍層中納米SiC的含量隨電流密度的增加先增加后減小，在5A/dm2時達到最大值。這是因為當電流密度較小時，電場強度較弱，陰極上沉積的金屬較少，因而微粒的復合量也少。隨著電流密度的增大，陰極對包裹著陽離子的納米顆粒的吸引力逐步增大，這樣，微粒向陰極表面沉積量和速度都會明顯提升。

當電流密度增大到一定值時，微粒的強弱吸附達到平衡點，這時所得鍍層中納米微粒含量最高。分析表明：當電流密度過大時，顆粒向鍍層傳輸并且沉積在鍍層中的速率逐漸落后于金屬沉積速度，而且氫的析出對顆粒和金屬共沉積也會產生反作用。從表1可知，在所選實驗條件下，當電流密度為5A/dm2時，鍍層中納米顆粒含量最高。

結語

（1）在本試驗條件下，獲得良好質量復合鍍層的優選工藝參數為：電流密度：5A/dm2；攪拌速度：200rpm；溫度：40℃；pH：3；鍍液中納米SiC的濃度為2g/l；電鍍時間：40min，采用超聲波攪拌作用。

（2）在工藝參數條件不變的條件下，垂直擺放電極獲得的沉積層中納米SiC顆粒含量高于水平擺放電極的沉積層。這是因為在水平擺放電極時，SiC顆粒的自沉降覆蓋在陰極表面，影響了導電性，從而影響了基體金屬Ni的沉積，導致第二相顆粒大幅減少。

參考文獻

[1]黃輝，林志成，陽范文.鎳-碳化硅復合電鍍的研究[J].湖南大學學報，1996，23（4）：56-61.

[2]彭元芳，趙國鵬，劉建平等.Ni-Al2O3納米復合電鍍最佳工藝條件的確定[J].表面技術，2004，33（1）：53-55.