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华东理工大学2014—2015学年第一学期 《 表面科学与工程 》课程论文 2014.11 班级　机动141　学号　姓名　高中正　 _ 开课学院　机械学院　 任课教师　高志　成绩__________ 论文题目： 论文要求： 针对《表面科学与工程》的某一领域，完成一篇新技术、新理论、新工艺方面的课程论文。 对内容和工艺的说明要求具体，不能写成综述性的论文。 要求字数在5000左右，参考文献不少于10篇。 教师评语： 教师签字： 年 月 日 摘要 纳米复合镀层就是在镀液中加入纳米固体颗粒，通过与金属共沉积获得镀层把纳米颗粒应用在电镀、化学镀及电刷镀中来获得比普通复合镀层高的硬度、耐磨性、减摩等已获得较大进展。纳米材料在力、电、声、光、热、磁等方面的许多特性，对获得具有特殊表面功能的复合镀层提供了前所未有的机遇，将使复台镀层的功能特性得到大幅度提升。具有优异特性的纳米颗粒材料在复合镀层中的应用有力地促进着复合镀层的发展。本文综述了纳米颗粒在纳米复合镀层的沉积机理、制备工艺及其应用等的研究。[1～3] 1纳米复合镀层制备工艺 现阶段纳米复合镀层制备的主流工艺大致分为三类，分别是电沉积工艺，电刷镀工艺以及化学镀工艺。 纳米复合镀层的电沉积法简介： 纳米复合电沉积是一种新兴的复合表面技术。阐述了纳米颗粒与金属共沉积的机理、工艺条件对纳米复合电沉积的影响，以及纳米复合共沉积的应用。纳米与金属共沉积可明显提高镀层的硬度、耐磨、耐蚀、光催化和电接触性能。 机理： 尽管复合镀层的发展已有很长的历史，而且随着其工艺的不断完善与纳米新技术的出现，性能更加优异的纳米复合镀层也已经开始研究，但关于复合电沉积机理的研究发展却较慢。直到两步吸附机理的提出，复合电沉积机理的研究才有了新的突破。一般来说，复合镀层的形成包括两步吸附过程：第一步是弱吸附，即携带着离子与溶剂分子膜的微粒吸附在电极表面上；第二步为强吸附，即处于弱吸附状态的微粒，脱去它所吸附的离子和溶剂化膜，与阴极表面直接接触，形成不可逆的电化学吸附。目前，纳米复合电沉积基本上沿用复合电沉积的机理，即两步吸附机理。通过对Cu-Al2O3、Au-Al2O3纳米复合镀层所测得的各项数据进行比较，发现在这2种体系中，Al2O3纳米微粒的共沉积机理是相似的，可以分为两步。其中，微粒表面上离子的还原是速度控制步骤，而且吸附的离子一旦在阴极表面发生电化学还原反应，共沉积就会发生。这就更加证实了两步吸附机理的重要性。虽然两步吸附机理目前已为大家所认同，但它还不能很好的预计纳米复合电沉积过程中纳米颗粒的复合量。 工艺条件： 电镀工艺条件对纳米复合镀层性能的影响主要是对纳米颗粒复合量和金属沉积电流效率的影响。镀层中第二分散相的含量能够很好地反映出纳米颗粒沉积与金属沉积的情况。复合量的增加，可突出镀层的一些特殊性质，如硬度、耐磨和耐蚀性等。它要受许多因素的影响，如镀液中分散相的浓度、电流密度、搅拌速度、温度、有无分散剂及分散剂浓度等。GrecoV. P.等人选用粒径为l5.4nm的TiO2 和30.8nm的Al2O3 作为分散相，制备了纳米复合材料，并对工艺条件进行了比较详细的研究。结果发现，增加镀层的分散相复合量最有效的方法是增大镀液中分散相的浓度。搅拌强度与电流密度也都能影响镀层复合量。一般来说，搅拌强度越大，复合量最大值出现时的电流密度也相应变大，而且镀液中微粒含量的增加导致了复合量最大值的增加。这就表明，镀层中纳米颗粒的复合量与把颗粒输送到电极表面的能力有关，而且关键在于严格控制搅拌的状况。通过旋转圆盘电极研究Ni - Al2O3（32nm）纳米复合材料的电沉积过程，发现在不同的电镀液中，尽管镀层中纳米复合量与电流密度的变化趋势不同，但电流效率都会随电流密度的增大而上升。不同的电镀体系也会影响镀层中纳米粒子的复合量。例如，许多类型的微粒容易与镍共沉积，但采用常规的电镀方法要使第二相粒子在酸性CuSO4 镀液中与铜共沉积却很难。如果采用反向脉冲电镀法，选用酸性CuSO4镀液体系，能成功的制备Cu-γAl2O3（37nm）复合镀层，而且镀层中纳米粒子的复合量高达18％（质量分数）。这就说明反向脉冲电镀法可能是一种提高镀层复合量的方法，但它是否适用于其它纳米复合电镀体系还有待进一步研究。 具体实例： 三价铬超声-脉冲电沉积Cr/SiC纳米复合镀层的制备工艺 利用超声-脉冲电沉积法，在三价铬镀液中，添加羧酸盐-尿素配合剂和SiC纳米颗粒，制备了Cr/SiC复合镀层。研究了超声-脉冲工艺参数对纳米SiC复合量、镀层厚度的影响。利用电化学法分析了超声波对三价铬电沉积Cr/SiC复合镀层的电化学行为。结果表明，超声-脉冲