纳米粒子在电镀中的应用

纳米粒子在电镀中的应用第一页，共二十三页，编辑于2023年，星期五随着高新技术的发展，纳米技术深入到生活的各个领域当中，与我们息息相关的电镀也不例外。本次主要探索纳米技术在电镀中的应用，并展望其未来发展之路。第二页，共二十三页，编辑于2023年，星期五1.介绍纳米技术纳米技术的基本概念：纳米是一种长度单位，为一米的十亿分之一，略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料、科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构，这类材料称为纳米材料。第三页，共二十三页，编辑于2023年，星期五纳米材料的性质纳米材料高度的弥散性和大量的界面为原子提供了短程扩散途径，导致了高扩散率，它对蠕变，超塑性有显著，并使有限固溶体的固溶性增强、烧结温度降低、化学活性增大、耐腐蚀性增强。与传统晶体材料相比，纳米材料具有高强度——硬度、高扩散性、高塑性——韧性、低密度、低弹性模量、高电阻、高比热、高热膨胀系数、低热导率、强软磁性能。第四页，共二十三页，编辑于2023年，星期五2.纳米电镀的原理和技术2.1纳米电镀沉积技术电镀的基本原理就是在电场作用下,带电离子沉积在被镀物上,镀层质量与镀液中的离子浓度和工艺参数密切相关。随着工业生产自动化程度的日渐提高、工艺参数的选择及各种添加剂的合理使用,一种所谓纳米晶镀层结构已经得到实际应用,使得镀层的硬度、耐磨性有显著提高,光洁度和致密性得到改善,气孔率大幅度下降,出现“无气孔镀层”概念,这对于用于电接触材料的贵金属镀层有着重要意义。第五页，共二十三页，编辑于2023年，星期五2.2纳米复合电镀复合镀层的研究始于20世纪80年代。实践证明,在镀层中引入高度弥散的纳米粒子,构成所谓纳米复合镀层,其表面电接触特性会发生很大变化,并可按照设计要求实现功能性的改进。纳米粒子的引入方式和后工序加工及热处理工艺是纳米电镀的主要技术关键,前者保证复合镀层的制取,后者有助于进一步发挥复合镀层的最佳功能。第六页，共二十三页，编辑于2023年，星期五3.电镀中纳米技术的分类纳米电镀可以分为电镀金属晶体颗粒类纳米电镀和外加纳米粉搅拌电镀两大类。3.1电镀金属晶体颗粒类纳米电镀这类电镀得到的镀层，晶体结构致密，镀层抗腐蚀能力强。3.2外加纳米粉搅拌电镀这类电镀得到的镀层，是挟杂着纳米粉颗粒，镀层晶体包裹着纳米颗粒，这种镀层具有轴承合金的特点，耐磨性优于单金属镀层。。第七页，共二十三页，编辑于2023年，星期五4.纳米粒子的特性可供纳米电镀的纳米粒子，应具有以下点：(1)作为复合镀层强化支点的纳米粒子，自身必须具有较高的硬度，如金刚石粉、Ti02、2r02、SiC、AIN等都已在生产中获得应用。(2)作为具有特殊功能（如自润滑功能、自愈合功能）的镀层的添加剂，应该选用通过实验证明其能够造就此项特殊功能的纳米粒子。第八页，共二十三页，编辑于2023年，星期五(3)用于复合电镀的纳米粒子化学性能必须稳定，在生产工艺过程中和允许使用的温度范围内，不发生热分解，不与周边物质发生化学反应，基本不发生晶形转变等。(4)首选市场易购且价格低廉、采用现有的工艺方法能够批量生产和定期保存而不发生团聚、结块、霉变等现象的纳米粒子。(5)复合电镀用纳米粒子一般呈球形或多面体形。(6)所选纳米粒子适合本厂工艺特点，经过预处理后与镀层金属有一定的亲合力。第九页，共二十三页，编辑于2023年，星期五5.纳米电镀的强化机理(1)低摩擦效应复合镀层中纳米粒子的含量，针对不同的电接触组件，对应不同的最佳含量，可获得最小的摩擦系数。例如在Ni-P-SiC体系中只有当SiC的体积分数为0.04～0.05时，复合镀层才具有最佳的滑动摩擦性能；而且Ni-P-SiC体系较Ni-P-AIz03体系具有更小的摩擦系数。第十页，共二十三页，编辑于2023年，星期五(2)弥散强化效应复合镀层中由于高硬度纳米粒子的引入，提高了整体的硬度和耐磨性。例如：Ni-P-SiC复合镀层的显微硬度较Ni-P镀层提高了5倍；而具有纳米粒子的Ni-P-SiC复合镀层较Ni-P镀层的显微硬度提高了15倍以上。这是由于纳米复合镀层中单位表面积内纳米粒子数在同等体积份数的情况下，较普通复合镀层有大幅度增加。弥散强化效应作为纳米材料强化的基本特征，使纳米复合镀层的硬度和耐磨性得到提高是必然的。第十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期五6.纳米复合电镀将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中，在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上得到的镀层即为纳米复合镀层。与普通复合镀层相比，这类镀层具有更优异的性能，因而制备纳米复合镀层已经成为近年来国内外竞相研究的热点。第十二页，共二十三页，编辑于2023年，星期五制备纳米复合镀层可以提高金属或合金耐磨损耐擦损和抗蠕变的性能，提高耐腐蚀性，高温强度和高温抗氧化性，作为干性自润滑镀层，电接触功能的复合镀层等第十三页，共二十三页，编辑于2023年，星期五7.电沉积纳米复合镀层7.1高硬度耐磨性纳米复合镀层高硬度耐磨性纳米复合镀层是在基体镀层中加入硬度较高的纳米级金刚石，碳化硅或二氧化硅等微粒，这些微粒分散在镀层中能提高镀层的硬度磨性，并且能有效地细化金属晶粒。第十四页，共二十三页，编辑于2023年，星期五7.2耐腐蚀性纳米复合镀层在镍基等镀液中加入纳米微粒Al2O3等，用电沉积方法制备的纳米复合镀层具有优异的耐腐蚀性能。第十五页，共二十三页，编辑于2023年，星期五7.3光催化活性纳米复合镀层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。第十六页，共二十三页，编辑于2023年，星期五7.4耐高温纳米复合镀层将纳米陶瓷微粒等应用在耐高温的复合镀层中，能有效地提高镀层的抗高温性能。由于纳米ZrO2等微粒的存在，复合镀层的纳米尺寸更加稳定，使复合镀层具有更高的高温强度和高温抗氧化性能。第十七页，共二十三页，编辑于2023年，星期五8.纳米复合电镀的影响因素微粒表面电荷微粒浓度微粒大小电流密度温度pH值搅拌方法及强度等第十八页，共二十三页，编辑于2023年，星期五9.实例9.1具有催化功能的纳米复合镀层TiO2光催化剂在紫外线照射下降解有机污染物被证实是一种非常有效的方法。但过去都是用热氧化法制备TiO2光催化剂,因其温度过高,TiO2与金属的膨胀系数不同,会给金属表面的催化膜造成不良的影响。TiO2纳米胶状悬浮液有很高的表面分散值,因此,在液相中表现出高的光催化活性。第十九页，共二十三页，编辑于2023年，星期五ZhouM等人通过电沉积方法成功获得具有光催化活性的Ni2TiO2(50nm)纳米复合材料,并与传统的Ni2TiO2光催化膜进行比较,发现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。第二十页，共二十三页，编辑于2023年，星期五9.2高硬度、耐磨、耐腐蚀的纳米复合镀层此类复合镀层就是在基体中加入硬度较高的Al2O3和金刚石等硬质纳米微粒,这些微粒弥散在镀层中能有效地细化金属晶粒以提高金属的机械性能。Al2O3纳米微粒具有极高的硬度,将其加入到镀液中,可以使镀层位错密度提高,从而显著增强镀层的机械性能,而且对于稳定镀层结构非常有效。第二十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期五纳米尺度的α-Al2O3具有良好的耐酸、碱性,并且经过特殊表面处理后可成为带电的复合氧化铝纳米微粒。国内阿波罗机电技术开发公司自主开发了Ni2Al2O3纳米复合镀层。经测定,该镀层的耐蚀性比镍层提高两级,耐磨性提高近1000倍,硬度也提