纳米复合电刷镀技术.doc

纳米复合电刷镀技术 摘要：介绍了纳米电刷镀技术的基本原理、纳米电刷镀层的组织和性能, 指出该技术属再制造关键技术, 指出了该技术的应用前景。 关键词　纳米应用； 电刷镀； 再制造 Technique of Nano Electro-brush Plating Abstract：The basic principle of the nano electro-brush platingas well as the structure and function are introduced. It is pointed out that it is belongs to the remanufacturing key technology. And then, pointed out the developing of the wide prospect of Electro-Brush Plating. Keywords: nano application, electro-brush plating, remanufacturing 纳米材料是近几年才出现的新型材料，具有不同于微观和宏观物质的许多介观特性。由于材料的超细化，使其在许多方面表现出独特的特性，具有比普通材料高得多的强度和硬度。研究表明，在电刷镀液中加入纳米硬质颗粒能获得比普通复合镀层更高的硬度、耐磨性和减摩性，有效提高镀层性能，因此，纳米复合镀的应用前景广阔。 技术原理 纳米复合电刷镀技术是指采用电刷镀技术进行再制造时，把具有特定性能的纳米颗粒加入电刷镀液中，获得纳米颗粒弥散分布的复合电刷镀涂层，提高产品零件表面性能。 纳米电刷镀技术和电刷镀技术的基本原理相同，如图1所示，都是金属离子的阴极还原反应。该技术采用专用的直流电源设备，并使用电流的正极接镀笔，作为刷镀时的阳极，电源的负极接工件，作为刷镀时的阴极。纳米电刷镀与电刷镀的区别主要在于：纳米电刷镀要在镀液中加入一定量的不溶性纳米微粒，并使其均匀地悬浮在镀液中,这些不溶性纳米微粒能够吸附镀液中的正离子，发生阴极反应时, 与金属离子一起沉积在工件上, 获得纳米复合镀层。其余一些没有吸附正离子的不溶性固体微粒, 也随着镀液送到工件表面, 它们虽不参与阴极反应, 却在阴极反应时像杂质一样被镶嵌在镀层中，即纳米颗粒与刷镀金属发生共沉积，形成纳米复合电刷镀层。随着电刷镀的时间的增长，电刷镀层逐渐增厚。 图1 纳米复合电刷镀原理图 目前关于复合电刷镀共沉积机理, 曾经有过几种不同的观点。结合纳米复合电刷镀技术的特点,归纳起来有三种理论, 即吸附机理、力学机理和电化学机理。 吸附机理: 该机理认为纳米粒子与金属发生共沉积的先决条件是纳米粒子在阴极上吸附, 而主要的影响因素是存在于纳米粒子与阴极表面之间的范德华力。一旦纳米粒子吸附在阴极表面上, 纳米粒子便被生长的金属埋入。 力学机理: 该机理认为纳米粒子的共沉积过程只是一个简单的力学过程。纳米粒子接触到阴极表面时, 在外力作用下停留其上, 从而被生长的金属俘获。因此搅拌强度和纳米粒子撞击电极表面的频率等流体动力因素对共沉积过程发生主要影响。 电化学机理: 该机理认为, 纳米粒子与金属共沉积的先决条件是纳米粒子有选择地吸附镀液中的正离子而形成的较大的正电荷密度, 如果溶液中纳米粒子表面吸附足够多的正电荷, 阴极的极化较大( 即场强足够大) , 则纳米粒子就可以以足够的电泳速度到达阴极表面, 与金属共沉积。 技术特点 纳米复合电刷镀技术是一种新兴的复合电刷镀技术，因此它具有普通电刷镀技术的一般特点。如: 1）采用便携式设备, 便于到现场使用或进行野外抢修; 2）镀笔可以根据需要制成各种形状, 以适应工件的表面形状; 3）设备用电量、用水量较少; 4）镀液中金属离子浓度高, 且贮存方便, 操作安全; 5) 刷镀时镀笔与工件保持一定的相对运动速度,可以采用大电流密度进行镀覆, 其镀层的形成是一个断续结晶过程。 另外，纳米复合电刷镀技术又具有不同于普通电刷镀技术的独有特点，主要表现在电刷镀液、镀层组织和性能等方面。 纳米复合电刷镀镀液中含有纳米尺度的不溶性固体颗粒，纳米颗粒的存在并不显著影响镀液的性质（酸碱性、导电性、耗电性等）和沉积性能（镀层沉积速度、镀覆面积等）。 纳米复合电刷镀层的耐磨性能、高温性能等综合性能优于同种金属镀层，纳米复合镀层的工作温度更高。 纳米复合电刷镀的关键是纳米复合镀溶液。不同材料的纳米复合镀溶液有不同的纳米复合镀工艺，可获得不同性能的纳米复合镀层。 纳米复合电刷镀技术获得的复合刷镀层组织更紧密、晶粒更细小，复合镀层显微组织特点为纳米粒子分布在金属基相中，基相组织主要由微晶构成，并且含有大量纳米晶和非晶组织。 通过加入具有吸波（电磁波和红外波）、杀菌灯特