Ni-P/Al2O3的無電解復合鍍

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無電解復合鍍，綜述了微米氧化鋁復合鍍層和納米氧化鋁復合鍍層在結(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合鍍的發(fā)展方向。

氧化鋁；無電解復合鍍；功能特性

無電解復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復合鍍層應用于轉(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復合鍍層，到了20世紀90年代無電解復合鍍在一些國家已得到了廣泛應用。國內(nèi)在無電解復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)獲得的復合鍍層是一種極有應用價值的材料。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復合鍍層和納米氧化鋁Ni-P復合鍍層在結(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，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）中的無電解復合鍍層。

2 復合鍍層的功能特性

復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 復合鍍層組織結(jié)構(gòu)

經(jīng)儀器分析，Ni-P氧化鋁復合鍍層基本上呈現(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，氧化鋁復合鍍層的表面粗糙度會略有升高，尤其是微米氧化鋁復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 復合鍍層的硬度

實驗表明，復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，納米氧化鋁復合鍍層的硬度都要比微米氧化鋁復合鍍層的大。納米氧化鋁復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合鍍層耐磨性和微米氧化鋁復合鍍層的差別不明顯，但在高載荷時，納米氧化鋁復合鍍層的摩擦系數(shù)變化不大，復合鍍層表現(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)才得以廣泛應用。研究表明，氧化鋁復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合鍍層，以提高防蝕能力。在Ni-P氧化鋁復合鍍中，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，改善了復合鍍層的微缺陷結(jié)構(gòu)，相對微米級復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合鍍層的性能要優(yōu)于微米氧化鋁復合鍍層的性能。實際上，納米復合鍍己成為無電解復合鍍的一種發(fā)展趨勢，但是納米氧化鋁無電解復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合鍍的應用研究可以作為今后復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