脈沖電沉積Cu-nanoAl-,2-O-,3-復(fù)合鍍層制備、組織結(jié)構(gòu)及其性能研究.pdf

1、納米復(fù)合電沉積是一種新興的復(fù)合表面技術(shù)，在電鍍或化學(xué)鍍?nèi)芤褐屑尤氩蝗苄约{米級固體顆粒，并使其與基質(zhì)金屬在陰極上共沉積，形成具有優(yōu)異性能的新型鍍層，這種電沉積技術(shù)正逐漸成為研究焦點。本文在直流、單脈沖兩種電流方式下，采用正交試驗的方法，以鍍層的硬度為主要評價指標(biāo)，得出電鍍液的組成及操作條件是：五水合硫酸銅200g/L、硫酸78 g/L、陰離子表面活性劑、nanoAl2O3添加量25g/L、攪拌速度240r/min、鍍液溫度24℃、電流密度

2、4.58A/dm2；工作比0.3、頻率303Hz。利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等手段分析鍍層的表面形貌與結(jié)構(gòu)，采用腐蝕失重、測定陽極極化曲線、高溫氧化試驗等手段對其耐腐蝕性、耐高溫氧化性能進(jìn)行評價。
　　 以酸性硫酸鹽鍍銅液為母液，在一定的工藝條件下復(fù)合電沉積Cu-nanoAl2O3復(fù)合鍍層，選用三種典型的表面活性劑對納米顆粒進(jìn)行分散，即陽離子型表面活性劑(十六烷基三甲基溴化銨CTAB)，陰離子型表面活性劑(十二

3、烷基苯磺酸鈉LAS)和非離子型表面活性劑(聚乙二醇6000PEG6000)，通過對比實驗研究了它們對復(fù)合鍍層的影響，結(jié)果表明CTAB能有效提高nanoAl2O3的懸浮性，促進(jìn)納米顆粒與金屬銅的共沉積；LAS能改善鍍層的表面質(zhì)量，但對納米顆粒的復(fù)合量作用不大。
　　 用直流和脈沖電鍍法分別制備了Cu-nanoAl2O3復(fù)合鍍層。通過掃描電鏡(SEM)觀察了鍍層的表面微觀形貌。結(jié)果顯示，與直流鍍層形貌相比，脈沖電鍍法制備的復(fù)合鍍層組

4、織進(jìn)一步得到細(xì)化，晶粒尺寸減小，晶粒大小均勻，堆積較為緊密，且具有明顯方向性。用X射線衍射儀分析了鍍層的微觀晶體結(jié)構(gòu)，探討了不同沉積方式對鍍層沉積和生長過程的影響。結(jié)果表明，不同的沉積方式使鍍層的晶體擇優(yōu)取向發(fā)生變化，脈沖電鍍使晶粒細(xì)化，并且晶格點陣常數(shù)變大，晶格畸變增大。直流電鍍時，基質(zhì)金屬的沉積連續(xù)進(jìn)行，粒子在電極表面不間斷的嵌入鍍層，脈沖電鍍由于脈沖間歇存在使具有較大體積的粒子脫附重新回到溶液中，因此鍍層中復(fù)合粒子尺寸小。脈沖電鍍

5、得到的鍍層晶粒細(xì)化，說明脈沖沉積方式阻止了晶粒的長大，提高了電沉積過程中晶核的形成速率。
　　 直流及單脈沖制備的復(fù)合鍍層，當(dāng)鍍層中粒子復(fù)合量基本相同時，單脈沖復(fù)合鍍層的耐腐蝕性能最佳?？諝飧邷匮趸瘜嶒灡砻鳎簡蚊}沖復(fù)合鍍層的耐高溫氧化性能最佳。單脈沖復(fù)合鍍層的硬度高于直流復(fù)合鍍層。
　　 在直流電沉積的擴(kuò)散理論基礎(chǔ)上，建立了脈沖電沉積雙擴(kuò)散模型，靠近陰極表面界面的是脈沖擴(kuò)散層，金屬離子濃度隨脈沖電流密度通斷而變化，脈沖擴(kuò)