Ni-P/Al2O3的无电解复合镀

邵国强

（浙江外国语学院科学技术学院，浙江 杭州 310012）

Ni-P/Al2O3的无电解复合镀

邵国强

（浙江外国语学院科学技术学院，浙江 杭州 310012）

简单介绍了氧化铝加入的Ni-P无电解复合镀，综述了微米氧化铝复合镀层和纳米氧化铝复合镀层在结构特点、功能特性等方面的不同点，提出了氧化铝无电解复合镀的发展方向。

氧化铝；无电解复合镀；功能特性

无电解复合镀是用无电解镀的方法使基体和固体颗粒共沉积以获得复合镀层的工艺。早在1966年，德国首次成功地将无电解镀生产的Ni-P-SiC复合镀层应用于转子发动机缸体内及部分冲压模具，之后日本研制出用无电解镀生产的Ni-P-金刚石、Ni-P-SiC、Ni-B-SiC复合镀层，到了20世纪90年代无电解复合镀在一些国家已得到了广泛应用。国内在无电解复合镀方面也已做了较多的研究[1-5]。氧化铝颗粒具有很高的硬度和化学稳定性，通过无电解镀技术获得的复合镀层是一种极有应用价值的材料。下面以氧化铝作为共沉积的固体颗粒，根据颗粒大小不同，将其分为微米级氧化铝和纳米级氧化铝，综述微米氧化铝Ni-P复合镀层和纳米氧化铝Ni-P复合镀层在结构特点、功能特性等方面的不同点。

1 基本沉积机理

不同等级的氧化铝颗粒，作为固体颗粒均匀分散到无电解镀液中形成复合镀层的机理被看作是基本相同的，即共同遵循无电解镀沉积原理。镀液中加入的氧化铝颗粒因具有很强的化学稳定性，在无电解镀过程中不参与化学反应，所以不影响无电解镀的Ni-P沉积机理，只是与金属（或合金）共同沉积在镀件表面，即均匀分散的氧化铝颗粒依靠镀液液体流动不断地移向镀件表面，在静电力等作用下，氧化铝颗粒与镀件表面直接接触并与无电解镀的还原析出金属（或合金）共同沉积，形成一个不连续的弥散分布于金属（或合金）中的无电解复合镀层。

2 复合镀层的功能特性

复合镀层不同于单相的金属和合金，它是借助于基质金属（或合金）和不溶性固体颗粒组合，以获得更高的硬度、耐蚀性及特殊的装饰性能的功能性镀层。氧化铝复合镀层特别具有硬度高、耐磨性好和耐蚀性能优良等优点，可被广泛应用于石油、机械、化工、电子、计算机、航天及纺织等领域[6-7]。

2.1 复合镀层组织结构

经仪器分析，Ni-P氧化铝复合镀层基本上呈现出非晶态结构，可以理解为在非晶态的Ni-P无电解镀合金里镶嵌了一些氧化铝晶体颗粒。一般认为，热处理对提高无电解镀镍层性能具有极为重要的影响，一方面可以提高镀层与镀件的结合强度，另一方面可使镀层的相结构发生变化，从而改善镀层的性能。氧化铝复合镀层经热处理后，镀层组织发生了由非晶态向晶态的转变，加热到400℃左右，完全晶化[8]。

2.2 复合镀层的粗糙度

镀层表面的粗糙度是反映镀层表面微观几何形状的特性。据报道，与Ni-P无电解镀层比较，若施镀条件控制不是很好，氧化铝复合镀层的表面粗糙度会略有升高，尤其是微米氧化铝复合镀层的粗糙度会相对较高。原因是微米级氧化铝粒径较大，那些没有被Ni-P合金基体完全嵌合的粒子必然会引起镀层表面粗糙度的上升。复合镀层在热处理过程中，随着温度升高，镀层表面粗糙度会逐渐变大。

2.3 复合镀层的硬度

实验表明，复合镀层的硬度与镀层中所嵌合的颗粒种类和含量是密切相关的。氧化铝是硬质颗粒，镀层中弥散着氧化铝颗粒会使镀层的硬度增加，之后进行适当的热处理使镀层硬度显著增加[9]。未经热处理的纳米无电解复合镀层表现为非晶态，处于亚稳定状态，在热处理过程中发生原子的相互扩散，非晶态转变为微晶态，最后转变到晶态，从而使镀层硬化。不论是否进行了热处理，纳米氧化铝复合镀层的硬度都要比微米氧化铝复合镀层的大。纳米氧化铝复合镀层在加热处理过程中，相对于Ni-P镀层和微米氧化铝复合镀层，由于纳米氧化铝颗粒的弥散强化作用，经热处理后产生新相，新生成的Ni3P是硬质相，它会使复合镀层硬度增大。

2.4 镀层的耐磨性

耐磨性是镀层抵抗磨损的性能。复合镀层的耐磨性不仅取决于镀层硬度，还取决于相互摩擦物体的材质和表面、摩擦时的负荷、润滑状态及温度等因素。文献报道的试验表明，氧化铝颗粒的加入使镀层的耐磨性能提高，并且镀层的耐磨性能经一定的热处理而增强。氧化铝低载荷时纳米氧化铝复合镀层耐磨性和微米氧化铝复合镀层的差别不明显，但在高载荷时，纳米氧化铝复合镀层的摩擦系数变化不大，复合镀层表现出很好的塑性，因而具有优良的耐磨性，而镍-磷合金镀层和微米氧化铝复合镀层的摩擦系数则迅速增大，耐磨性急剧下降[10-12]。

2.5 镀层的耐蚀性

因为Ni-P镀层具有优越的耐蚀性能，所以无电解镀镍技术才得以广泛应用。研究表明，氧化铝复合镀层也具有良好的耐蚀性能[13]。若为了进一步增强对基体金属的保护，可采用双层无电解镀，先镀一定含磷量的无电解镀镍层，再镀上一层氧化铝复合镀层，以提高防蚀能力。在Ni-P氧化铝复合镀中，纳米氧化铝颗粒因尺寸小，可填补镀层由析氢形成的孔隙，并与镀层中的金属原子相互扩散，或者形成配位吸附，改善了复合镀层的微缺陷结构，相对微米级复合氧化铝镀层而言提高了镀层的致密度和耐蚀性[14-15]。

3 结语

以上介绍了氧化铝无电解复合镀层的一些主要性能，通过比较可以看出，纳米氧化铝无电解复合镀层的性能要优于微米氧化铝复合镀层的性能。实际上，纳米复合镀己成为无电解复合镀的一种发展趋势，但是纳米氧化铝无电解复合镀层性能可提高到多大还受到纳米颗粒特性及纳米颗粒分散状态、镀液pH值大小和操作温度、镀件表面预处理和镀层热处理等多方面因素的影响[16-17]。有研究报道表明，氧化铝复合镀层用一定功率的激光处理后，其硬度、耐磨性、耐蚀性和表面抗高温氧化性能都有提高[18-20]。另外，目前纳米氧化铝无电解复合镀层性能表征中，对镀层硬度、耐磨性和耐蚀性的研究较多，而对镀层的磁学、电学和医学等性能研究不多。因此，功能性纳米氧化铝无电解复合镀的应用研究可以作为今后复合镀层研究的重要方向。

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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-

邵国强（1964-），男，副教授，主要从事纳米材料研究，E-mail:shaogq@zisu.edu.cn

2014-11-13