邵國強

（浙江外國語學院科學技術(shù)學院，浙江 杭州 310012）

Ni-P/Al2O3的無電解復(fù)合鍍

邵國強

（浙江外國語學院科學技術(shù)學院，浙江 杭州 310012）

簡單介紹了氧化鋁加入的Ni-P無電解復(fù)合鍍，綜述了微米氧化鋁復(fù)合鍍層和納米氧化鋁復(fù)合鍍層在結(jié)構(gòu)特點、功能特性等方面的不同點，提出了氧化鋁無電解復(fù)合鍍的發(fā)展方向。

氧化鋁；無電解復(fù)合鍍；功能特性

無電解復(fù)合鍍是用無電解鍍的方法使基體和固體顆粒共沉積以獲得復(fù)合鍍層的工藝。早在1966年，德國首次成功地將無電解鍍生產(chǎn)的Ni-P-SiC復(fù)合鍍層應(yīng)用于轉(zhuǎn)子發(fā)動機缸體內(nèi)及部分沖壓模具，之后日本研制出用無電解鍍生產(chǎn)的Ni-P-金剛石、Ni-P-SiC、Ni-B-SiC復(fù)合鍍層，到了20世紀90年代無電解復(fù)合鍍在一些國家已得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)在無電解復(fù)合鍍方面也已做了較多的研究[1-5]。氧化鋁顆粒具有很高的硬度和化學穩(wěn)定性，通過無電解鍍技術(shù)獲得的復(fù)合鍍層是一種極有應(yīng)用價值的材料。下面以氧化鋁作為共沉積的固體顆粒，根據(jù)顆粒大小不同，將其分為微米級氧化鋁和納米級氧化鋁，綜述微米氧化鋁Ni-P復(fù)合鍍層和納米氧化鋁Ni-P復(fù)合鍍層在結(jié)構(gòu)特點、功能特性等方面的不同點。

1 基本沉積機理

不同等級的氧化鋁顆粒，作為固體顆粒均勻分散到無電解鍍液中形成復(fù)合鍍層的機理被看作是基本相同的，即共同遵循無電解鍍沉積原理。鍍液中加入的氧化鋁顆粒因具有很強的化學穩(wěn)定性，在無電解鍍過程中不參與化學反應(yīng)，所以不影響無電解鍍的Ni-P沉積機理，只是與金屬（或合金）共同沉積在鍍件表面，即均勻分散的氧化鋁顆粒依靠鍍液液體流動不斷地移向鍍件表面，在靜電力等作用下，氧化鋁顆粒與鍍件表面直接接觸并與無電解鍍的還原析出金屬（或合金）共同沉積，形成一個不連續(xù)的彌散分布于金屬（或合金）中的無電解復(fù)合鍍層。

2 復(fù)合鍍層的功能特性

復(fù)合鍍層不同于單相的金屬和合金，它是借助于基質(zhì)金屬（或合金）和不溶性固體顆粒組合，以獲得更高的硬度、耐蝕性及特殊的裝飾性能的功能性鍍層。氧化鋁復(fù)合鍍層特別具有硬度高、耐磨性好和耐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點，可被廣泛應(yīng)用于石油、機械、化工、電子、計算機、航天及紡織等領(lǐng)域[6-7]。

2.1 復(fù)合鍍層組織結(jié)構(gòu)

經(jīng)儀器分析，Ni-P氧化鋁復(fù)合鍍層基本上呈現(xiàn)出非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，可以理解為在非晶態(tài)的Ni-P無電解鍍合金里鑲嵌了一些氧化鋁晶體顆粒。一般認為，熱處理對提高無電解鍍鎳層性能具有極為重要的影響，一方面可以提高鍍層與鍍件的結(jié)合強度，另一方面可使鍍層的相結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而改善鍍層的性能。氧化鋁復(fù)合鍍層經(jīng)熱處理后，鍍層組織發(fā)生了由非晶態(tài)向晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，加熱到400℃左右，完全晶化[8]。

2.2 復(fù)合鍍層的粗糙度

鍍層表面的粗糙度是反映鍍層表面微觀幾何形狀的特性。據(jù)報道，與Ni-P無電解鍍層比較，若施鍍條件控制不是很好，氧化鋁復(fù)合鍍層的表面粗糙度會略有升高，尤其是微米氧化鋁復(fù)合鍍層的粗糙度會相對較高。原因是微米級氧化鋁粒徑較大，那些沒有被Ni-P合金基體完全嵌合的粒子必然會引起鍍層表面粗糙度的上升。復(fù)合鍍層在熱處理過程中，隨著溫度升高，鍍層表面粗糙度會逐漸變大。

2.3 復(fù)合鍍層的硬度

實驗表明，復(fù)合鍍層的硬度與鍍層中所嵌合的顆粒種類和含量是密切相關(guān)的。氧化鋁是硬質(zhì)顆粒，鍍層中彌散著氧化鋁顆粒會使鍍層的硬度增加，之后進行適當?shù)臒崽幚硎瑰儗佑捕蕊@著增加[9]。未經(jīng)熱處理的納米無電解復(fù)合鍍層表現(xiàn)為非晶態(tài)，處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，在熱處理過程中發(fā)生原子的相互擴散，非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒕B(tài)，最后轉(zhuǎn)變到晶態(tài)，從而使鍍層硬化。不論是否進行了熱處理，納米氧化鋁復(fù)合鍍層的硬度都要比微米氧化鋁復(fù)合鍍層的大。納米氧化鋁復(fù)合鍍層在加熱處理過程中，相對于Ni-P鍍層和微米氧化鋁復(fù)合鍍層，由于納米氧化鋁顆粒的彌散強化作用，經(jīng)熱處理后產(chǎn)生新相，新生成的Ni3P是硬質(zhì)相，它會使復(fù)合鍍層硬度增大。

2.4 鍍層的耐磨性

耐磨性是鍍層抵抗磨損的性能。復(fù)合鍍層的耐磨性不僅取決于鍍層硬度，還取決于相互摩擦物體的材質(zhì)和表面、摩擦時的負荷、潤滑狀態(tài)及溫度等因素。文獻報道的試驗表明，氧化鋁顆粒的加入使鍍層的耐磨性能提高，并且鍍層的耐磨性能經(jīng)一定的熱處理而增強。氧化鋁低載荷時納米氧化鋁復(fù)合鍍層耐磨性和微米氧化鋁復(fù)合鍍層的差別不明顯，但在高載荷時，納米氧化鋁復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)變化不大，復(fù)合鍍層表現(xiàn)出很好的塑性，因而具有優(yōu)良的耐磨性，而鎳-磷合金鍍層和微米氧化鋁復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)則迅速增大，耐磨性急劇下降[10-12]。

2.5 鍍層的耐蝕性

因為Ni-P鍍層具有優(yōu)越的耐蝕性能，所以無電解鍍鎳技術(shù)才得以廣泛應(yīng)用。研究表明，氧化鋁復(fù)合鍍層也具有良好的耐蝕性能[13]。若為了進一步增強對基體金屬的保護，可采用雙層無電解鍍，先鍍一定含磷量的無電解鍍鎳層，再鍍上一層氧化鋁復(fù)合鍍層，以提高防蝕能力。在Ni-P氧化鋁復(fù)合鍍中，納米氧化鋁顆粒因尺寸小，可填補鍍層由析氫形成的孔隙，并與鍍層中的金屬原子相互擴散，或者形成配位吸附，改善了復(fù)合鍍層的微缺陷結(jié)構(gòu)，相對微米級復(fù)合氧化鋁鍍層而言提高了鍍層的致密度和耐蝕性[14-15]。

3 結(jié)語

以上介紹了氧化鋁無電解復(fù)合鍍層的一些主要性能，通過比較可以看出，納米氧化鋁無電解復(fù)合鍍層的性能要優(yōu)于微米氧化鋁復(fù)合鍍層的性能。實際上，納米復(fù)合鍍己成為無電解復(fù)合鍍的一種發(fā)展趨勢，但是納米氧化鋁無電解復(fù)合鍍層性能可提高到多大還受到納米顆粒特性及納米顆粒分散狀態(tài)、鍍液pH值大小和操作溫度、鍍件表面預(yù)處理和鍍層熱處理等多方面因素的影響[16-17]。有研究報道表明，氧化鋁復(fù)合鍍層用一定功率的激光處理后，其硬度、耐磨性、耐蝕性和表面抗高溫氧化性能都有提高[18-20]。另外，目前納米氧化鋁無電解復(fù)合鍍層性能表征中，對鍍層硬度、耐磨性和耐蝕性的研究較多，而對鍍層的磁學、電學和醫(yī)學等性能研究不多。因此，功能性納米氧化鋁無電解復(fù)合鍍的應(yīng)用研究可以作為今后復(fù)合鍍層研究的重要方向。

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Electroless Composite Plating of Ni-P/Al2O3

SHAO Guo-qiang
(School of Science and Technology， Zhejiang International Studies University， Hangzhou 3 10012， China)

The characteristics of electroless composite plating of Ni-P-Al2O3was brief y introduced， the differences of Ni-P/ micron Al2O3electroless composite plate and Ni-P/nano Al2O3electroless composite plate in structure features，functional performance were presented， and the future development direction of Ni-P/Al2O3electroless composite plating was put forward.

alumina; electroless composite plating; functional performance

TQ 153

A

1671-9905(2015)02-00-

邵國強（1964-），男，副教授，主要從事納米材料研究，E-mail:shaogq@zisu.edu.cn

2014-11-13