复合电镀技术是通过金属电沉积方法,将一种或数种不溶性的第二相固体颗粒,均匀地镶嵌到金属镀层中来制备具有特殊功能的涂层制备技术。由于复合电镀具有设备简单、易操作、价格经济等优点,已经在工业生产中得到了广泛的应用。常用的第二相固体颗粒有碳化物、氧化物和氮化物如SiC,Al2O3,ZrO2,TiO2,Si3N4 等。大量实验结果表明,金属基复合镀层的性能不仅与颗粒的性质还与颗粒的含量及分布有关[2,3]。
随着现代表面技术的发展及各工业部门对各种材料的表面性能要求的提高,传统的金属表面镀层越来越不能满足工艺对材料表面硬度、耐磨性、耐蚀性、导电性以及自润滑性等多方面的要求。为此,国内外对向传统镀液中掺杂固体惰性微粒而制得的复合镀层进行大量的研究,因为复合镀层的自润滑性和耐磨耐蚀性等性能要明显优于传统的金属表面镀层。例如:为了提高零件表面的抗摩擦磨损和磨粒磨损等性能,向传统镀镍液中加入SiC微粒进行电沉积, 可得到Ni-SiC复合镀层,其耐磨性能比普通镀镍层高约70%,将其用于汽车发动机的铝合金零件,可替代镀硬铬层;为了提高材料表面的自润滑性,把聚四氟乙烯微粒分散到以硫酸镍为镍盐、次磷酸钠为还原剂的化学镀镍溶液中进行化学复合镀,可得到Ni-P-PTFE复合镀层,此种复合镀层不但具有自润滑性还兼有化学镀镍层的优点,即耐高温耐磨性,特别适合于既要运动(或耐热)又要密封的场合使用。还有其它许多复合镀层与普通镀层相比,均有很多优势,这就是近年来复合镀层较为人们关注的主要原因。
1.1 电沉积纳米复合镀层
1.1.1高硬度耐磨性纳米复合镀层
1.1.2 耐腐蚀性纳米复合镀层
1.1.3 自润滑性纳米复合镀层
当具有润滑功能的纳米微粒与金属共沉积制成复合镀层后,就会表现出良好的减磨性,提高摩擦机件的使用寿命。常用的固体润滑剂有石墨、聚四氟乙烯、MoS2、氟化石墨、云母和氮化硼等。
浙江大学申请了制备无机类富勒烯纳米材料复合镀层的专利[13]。采用化学镀或电镀方法,在镀液中添加1 ~ 35 g /L 的硫化钨或硫化钼制备镍基复合镀层。镀层不仅具有较高的耐磨性能,而且具有更低的摩擦系数。在同等测试条件下,其磨损质量为Ni-P 合金镀层的1 /5,是( Ni-P) -层状WS2复合镀层的1 /3,是( Ni-P) -SiC 复合镀层的1 /2,其摩擦系数只有0. 03,而Ni-P 合金镀层、( Ni-P) -层状WS2和( Ni-P) -SiC 复合镀层的摩擦系数分别为0.09、0. 06 和0.10。
1.1.4 光催化活性纳米复合镀层
近年来,半导体气相催化氧化降解挥发性有机物已经成为环境污染治理的一个热点,例如,TiO2以其活性高、热稳定性好、持续时间长及价格便宜等优点受到了研究人员的重视。粉末状光催化剂存在分离与回收的问题,使其应用受到了限制。用电沉积方法制备纳米复合镀层将光催化剂粉末固载化,是提高其催化活性和效率的有效方法之一。
Zhou M 等[14]报道了通过电沉积制备具有光催化活性的Ni-TiO2纳米复合镀层,与传统的Ni-TiO2光催化膜比较,前者表现出更高的光催化活性,而且不用经过光催化修复过程。Deguchi T 等[15]报道了在钢片上从硫酸锌镀液中快速沉积的Zn-TiO2纳米复合镀层,该镀层具有很强的光催化活性。Deguchi T 等[16]报道了把Zn-TiO2纳米复合镀层用作气相氧化CH3CHO 光催化电极的研究,结果发现其光催化活性随着TiO2含量的增加而提高。若将这种纳米复合镀层在673 K 下进行热处理,由于形成ZnO 与TiO2的良好的协同效应,这种纳米复合电极的光催化活性在原有的基础上提高了1. 5 倍。