阴极旋转电镀复合镀层

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1、使用阴极旋转方法制备电镀复合镀层Y.S.Dong,P.H.Lin,H.X.Wang材料科学与工程部门，东南大学、南京210096、中华人民共和国材料科学与工程部门，河海大学、南京210098、中华人民共和国2004年8月21日收到；修订于2004年11月22日；2005年1月15网上可有效利用为了开发一种制备复合涂层的新技术，要采用多面体阴极，它是由八块铜箔组成，每块铜箔都对着八角形尼龙棱镜每个边上固定，其转速为每分钟350转。为纯镍沉积，电镀时，每个铜箔面的镀层厚度的都不同程度的增加。粒子浓度没有明显的影响涂层厚度,但是影响不同镀层面的光滑程度（有麻点等），当电镀液中氧化

2、铝浓度是80克/升时，镀层差别的情况出现最明显。基于这些结果,通过旋转阴极进行复合镀层。2004年教育部博士点基金。保留所有权利。关键词:电镀、镍、铝氧化物、功能电镀材料(FunctionallyGradedMaterial)1、介绍金属离子电解液进行电镀不是一个新开发的技术,人们已经对其调研几十年，工业应用可追溯到20世纪70年代[1-3]。复合电镀由电镀液构成，电镀液是中微米或超微米粒子悬浮而成。镍、铜、铬主要作为金属粒子，铁、钴、银、金、镍化磷、镍化硼作为镀液粒子也在研究中。金属、金属氧化物、碳化物、硼化物和聚合物作为沉积颗粒。这些不同的粒子成为电镀的基质,根据颗粒特

3、性沉淀出不同层[4、5]。众所周知,功能电镀材料减少分层和散裂的原因是不同种类的电镀材料有不同的特性，如金属和陶瓷,是不能进行电镀的。产生复合涂层有各种方法,如热离子喷涂、物理气相沉积、化学蒸气沉淀作用和电镀。利用复合电镀，通过改变工艺参数包括镀液中电流密度、搅拌速率、颗粒溶解度，电镀参数很容易就得到。这些工艺参数的变化使阴极沉积条件发生改变，其结果是形成分级电镀涂层，并逐步分离出Ni–Al2O3电镀层、双层镍碳化硅复合材料镀层、镍-碳化硅沉淀层[8]，以及Ni–ZrO2镀层。根据电镀原理，当相对的阴极和阳极之间的位置改变时，沉积条件发生改变，这可能是一种制作梯度镀层的方式

4、。在这项研究中，通过用阴极旋转的电镀方法，制作Ni–Al2O3梯度镀层的技术正在研究中。在制作Ni–Al2O3梯度镀层之前，电解液中粒子浓度和Al2O3镀层生成过程中电流密度对其的影响进行了试验研究。Y.S.Dongetal.表面及电镀技术(200)3633–36362、实验过程瓦特镀液，含有密度为300克/升的硫酸镍，35克/升的氯化镍，40克/升的硼酸。分析化学试剂添加到蒸馏水形式电解液。含有密度为0.8~1.2克/升的微量糖精作为光亮剂和0.05~0.15克/升的十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，使镍镀的更为均匀。阴极会产生氢气使PH值增加，可通过加入10%浓度的稀硫酸调

5、节pH值在3.6到4.0之间。实验在50度左右（上下浮动3度）进行。实验选用平均粒径为0.5微米的颗粒。一个纯镍板及铜箔分别作为阳极和阴极。铜箔固定在尼龙八角棱镜的面上，它可以从1到8顺时针方向转动的。这个阳极和阴极的位置、搅拌器和搅拌方向如图1所示。搅拌速率是每分钟350转。电镀前,氧化铝浸粒子泡在10%浓度的氢氧化钠碱溶液中，是为了去除表面的污渍。用蒸馏水清洗后，用10%浓度的氢氟酸浸泡解决粒子表面粗化问题。这些处理后的粒子用蒸馏水冲洗，然后放入电解液进行电镀。当电镀完成后，从镀液中取出铜阴极并用水冲洗。然后从尼龙棱镜上去掉铜镀层板，用环氧树脂固定一个小铜板，进行金相分

6、析。用光光学显微镜和扫描电子显微镜观察电镀层的微结构和厚度，记录其特点。通过定量图像分析，大量的氧化铝纳入镀层。3、结果和讨论3.1拌对镍镀层的影响纯镍电镀是在阴极电流密度为每平方分米5安的时候进行，一个电镀阶段是4个小时，电镀液分别是静止的和以350转/分搅拌，图2显示搅拌电镀液对镍镀层厚度的影响。很明显涂层厚度在这两种情况下都出现V型分布，面1是最厚的一个面，面5是最薄的一个。与静止镀液相比，当电镀液搅拌时，面1会相对变厚而面5会相对变薄。也就是说，通过搅拌电镀液，面1和面5的厚度差异将被拉大。3.2粒子浓度对镀层特性的影响为了确定电镀液中氧化铝浓度对镀层特性的影响，分

7、别使用氧化铝浓度为20g/L、40克/升、80克/升、100克/升、120克/升的电镀液，电镀条件是：电流密度为每平方分米10安、搅拌速度为每分钟350转、电镀时间是2个小时。各种氧化铝浓度对镀层厚度的影响已经被检测并显示在图3。像镍电镀一样，涂层厚度的分布也呈现V型。电镀液中氧化铝的浓度几乎没有影响镀层厚度，但与镍电镀相比，其镀层厚度都有轻微增加。图4显示了五种氧化铝浓度不同的镀液中各面镀层的变化。与镀层厚度相似，镀层粒子含量也出现V型分布。很明显，随着电镀液中氧化铝浓度的增大，镀层中氧化铝含量也增加。然而，另一