表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层性能的影响

周言敏

（重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层性能的影响

周言敏

（重庆电子工程职业学院，重庆 401331）

分别添加十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵和聚乙二醇，制备Cu-SiO2复合镀层。考察了表面活性剂的带电性质与添加量对Cu-SiO2复合镀层的显微硬度及耐磨性的影响。结果表明：添加十二烷基硫酸钠获得的Cu-SiO2复合镀层的显微硬度相对较高且耐磨性较好。

显微硬度；耐磨性；Cu-SiO2复合镀层；表面活性剂

0 前言

电镀中，为获得某些特殊效果或进一步改善镀层性能，通常使用表面活性剂［1－3］。表面活性剂所发挥的作用已经在实践中获得认可，但不同种类的表面活性剂所发挥的作用不同，致使选择成为困扰。

本文从带电性质的角度开展研究，考察了不同类型的表面活性剂对复合镀层的显微硬度及耐磨性的影响。

1 实验

1.1 实验材料及流程

阳极选用磷的质量分数为0.040%～0.065%的磷铜板，阴极选用不锈钢薄板。电镀前，对阳极进行除油、套装阳极袋处理，对阴极进行打磨整平、除锈除油、酸洗活化和水洗干燥处理。镀液用蒸馏水配制而成，其组成为：CuSO4·5H2O 220g/L，H2SO450g/L，NaCl 10g/L。第二相微粒选用高纯度的纳米SiO2，其平均粒径约为70nm，经分散处理后加至镀液中，添加量为30g/L。复合电镀工艺条件为：镀液温度30℃，电流密度5A/dm2。

实验分多组进行，采用相同的镀液组分和工艺条件，分别单独添加十二烷基硫酸钠（阴离子型表面活性剂）、十六烷基三甲基溴化铵（阳离子型表面活性剂）和聚乙二醇（非离子型表面活性剂），添加量为50～200mg/L。

1.2 实验方法

采用 KYKY-2800B型扫描电镜观察Cu-SiO2复合镀层的微观结构，并采用HX-1000TM型数显式显微硬度计测定其显微硬度。显微硬度测定加载50g，保载10s。耐磨性测试在 MHK-200型磨损试验机上进行，加载5N，摩擦转速300r/min。

2 结果与讨论

2.1 显微硬度

图1为表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层显微硬度的影响。由图1可知：使用阴离子型表面活性剂时，所得Cu-SiO2复合镀层的显微硬度相对较高。

图1 表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层显微硬度的影响

结合复合电镀机制分析，结构特性决定了SiO2微粒在弱酸性镀液中带负电。十二烷基硫酸钠吸附在微粒表面，增大了微粒间的静电斥力位能［4］，促使微粒均匀分散并稳定悬浮。微粒或微粒团以纳米尺度存在且处于悬浮状态，有利于通过共沉积过程嵌入复合镀层中，发挥弥散强化作用，进而提高复合镀层的显微硬度。添加十六烷基三甲基溴化铵时，异极性静电相吸导致SiO2微粒相互吸附而聚合成团，增大了共沉积的难度。复合镀层中纳米微粒的复合量小，难以起到弥散强化作用，从而表现为显微硬度相对较低。聚乙二醇作为非离子型表面活性剂，作用相对较弱。

表面活性剂的添加量对复合镀层的显微硬度有明显的影响。添加量过大时，反而起到负面作用。原因可归结为：（1）表面活性剂的添加量小时，润湿效果较好，有利于微粒嵌入复合镀层中，从而充分发挥弥散强化作用；（2）添加量大时，过量的表面活性剂分子可能吸附于基体表面，遮蔽部分催化活性点，从而制约微粒发挥作用［5］。

2.2 耐磨性

图2为表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层磨损率的影响。可以看出：与图1所呈现的变化规律基本相同，即添加十二烷基硫酸钠获得的复合镀层的耐磨性优于其余两者的。此外，耐磨性也明显受表面活性剂添加量的影响，表现为渐增强后渐削弱。

图2 表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层磨损率的影响

依据Archard定律［6］并结合三种复合镀层的磨损形貌（见图3），可对耐磨性的改变作出阐释。复合镀层的耐磨性与显微硬度之间存在着定性关系。十二烷基硫酸钠与SiO2微粒间的相斥特性，促使SiO2微粒充分发挥弥散强化效应，提高了复合镀层的显微硬度和耐磨性。表面活性剂的添加量适宜，必然有利于微粒在复合镀层中充分发挥弥散强化作用，增强复合镀层的屈服强度及韧性，承磨减摩。如图3（a）所示，复合镀层表面的磨损轻微，磨痕浅且呈断续状。而添加量过小或过大，均不利于微粒在复合镀层中发挥承磨减摩效果，也难以有效阻碍因摩擦导致的位错滑移，因而造成复合镀层的耐磨性削弱，表面磨损程度加剧，见图3（b）。

图3 表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层磨损形貌的影响

3 结论

考察了表面活性剂对Cu-SiO2复合镀层的显微硬度及耐磨性的影响。结果表明：添加十二烷基硫酸钠（阴离子型表面活性剂）获得的Cu-SiO2复合镀层的显微硬度相对较高且耐磨性较好。

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［1］林志平.镍基功能陶瓷镀层的制备、性能及添加剂影响机制的研究［D］.合肥：合肥工业大学，2009.

［2］黄伟九，薛燕.表面活性剂对镁合金化学复合镀Ni-P-SiC的影响［J］.材料工程，2010（1）：23-27.

［3］周琦，邵忠宝，贺春林，等.表面活性剂对镍－磷－纳米氧化铝复合镀的影响［J］.中国腐蚀与防护学报，2007，27（1）：27-30.

［4］张海军，贾晓林，刘战杰，等.纳米Al2O3－SiO2的分散及颗粒间力的相互作用［J］.硅酸盐学报，2003，31（10）：928-933.

［5］郭鹤桐.复合镀层［M］.天津：天津大学出版社，1991.

［6］薛玉君，司东宏，刘红彬，等.电沉积方式对Ni-CeO2纳米复合镀层摩擦磨损性能的影响［J］.中国有色金属学报，2011，21（9）：2157-2162.

Ⅰnfluence of Surfactant on the Properties of Cu-SiO2Composite Coating

ZHOU Yan-min
（Chongqing College of Electronic Engineering，Chongqing 401331，China）

Cu-SiO2composite coatings were respectively prepared from the solution containing sodium dodecyl sulfate，cetyltrimethylammonium bromide and polyethylene glycol，and the effects of the charged properties and adding amount of the surfactant on the micro-hardness and wear resistance of Cu-SiO2composite coating were also investigated.Results showed that，the Cu-SiO2composite coating obtained with sodium dodecyl sulfate presented higher micro-hardness and better wear resistance.

micro-hardness；wear resistance；Cu-SiO2composite coating；surfactant

TQ 153

A

1000-4742（2015）02-0006-03

2014-10-05