复合电镀的类型和应用

分类

依据

根据复合电镀使用的微粒和镀层的关系，可将复合电镀分为下列4种类型

类型

特   征

举   例

微粒在单金属中沉积所形成的镀层

用肼作还原剂所获得的镍基复合镀层

微粒在镍基合金中形成的合金复合镀层

碳化硅微粒在镍磷合金中形成的复合镀层

在单金属镀层中存在着两种复合微粒的复合镀层

复合在镀层中的微粒经过热处理后形成了均相的合金镀层

铝粉与镍磷合金共沉积所得到的镀层，进行热处理后独立的金属铝相消失，形成了镍铝磷合金

类型

依据

原 理 或 特 性

组成材料及实例

应   用

耐磨复合镀层

是利用微粒自身的硬度及其共沉积所引起的基质金属的结晶细化来提高其耐磨性的

涂层具有高的硬度和耐磨性能，以提高零部件表面的抗摩擦磨损等特性

通常以镍、镍基合金、铬等为基质金属，而以硬质固体微粒，如三氧化二铝、氧化锆、碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化铬、氮化钛等为分散相得到的复合镀层

主要应用在汽缸壁、模具、压辊和轴承等上。例如在瓦特镀镍溶液中加入碳化硅微粒，以获得Ni-SiC复合镀层，其耐磨性能比普通镀镍层提高70%，可用在汽车摩托车等发动机的铝制零件上，已广泛用来取代电镀硬铬层

①Ni-SiC(23%～4.5%，质量分数)复合镀层是在氨基磺酸盐镀镍溶液中加入1～3μm的碳化硅微粒，获得硬度和耐磨性高于瓦特镀镍层，使磨损量大大降低。该复合镀层已用在汽车发动机汽缸内腔表面，作为耐高温耐磨镀覆层。其磨损量是通常铁套汽缸的60%，可比电镀铬层降低成本20%～30%

②Ni-Al2O3和Ni-TiO2等复合镀层也在汽车及航空工业中得到应用

③以钴为基质金属的复合镀层具有很好的高温耐磨性能，在600～1000℃高温条件下，仍保持较好的特性。可应用在飞机发动机的活塞环、制动器和启动装置的弹簧等上。Co-Cr3C2复合镀层在300℃以上时，在接触摩擦面上生成玻璃状氧化钴层，因此能保持高温耐磨性。在干燥的空气中，Co-Cr3C2复合镀层在800℃下仍能保持耐磨性

润滑复合镀层

润滑有干膜润滑和液体润滑(又称湿润滑)两种类型。干膜润滑比液体润滑方便，对于较轻负荷或间隙动作的部件，用干膜润滑更是简单而有效。通常干膜润滑是用粘接剂或涂料等将润滑材料粘接在一起，但其强度、附着力、耐磨性和持久性均不如复合镀层

用复合电镀的方法来制备润滑镀层，在操作上相对比耐磨镀层难一些。因为石墨和二硫化钼等分散相在镀液中不容易均匀悬浮，形成共沉积比较困难。需要选择适宜的表面活性剂和分散剂才能得到均匀稳定的悬浮

润滑用的复合镀层采用的润滑剂通常是固体微粒。最常用的有石墨、聚四氟乙烯(PT-FP)、MoS₂、(CF)_n、BN和CaF₂等，但也能直接复合液体的润滑剂，如普通的润滑油。利用微胶囊化的方法很容易将液态物质包裹成珠粒，也能在复合镀液中悬浮，而夹带入复合镀层内

主要应用在汽缸、活塞环、活塞头、轴承等方面

另外，螺纹或紧固件容易在高温下黏结而咬死，可以用镍基石墨或镍基氟化石墨的复合镀层以及其他复合镀层来防止

电接触复合镀层

在电子工业上广泛应用的金、银等金属镀层虽然具有高的导电性和较低的接触电阻，但是耐磨性差、摩擦因数较大、抗电弧烧蚀性不好、镀层容易变色，且金镀层成本又高，改用复合镀层，效果显著

①采用Au-WC(质量分数为17%)或Au-BN等复合镀层，其硬度、耐磨性均高于纯金镀层，可使电接触点使用寿命显著提高

②采用Ag-石墨、Ag-La₂O₃等复合镀层可使电接点的使用寿命明显增加，抗电弧烧蚀性能提高

③采用Ag-Ce₂O₃复合镀层可提高电插拔件的使用寿命，还能节约贵金属

可广泛应用于电子工业

分散强化合金镀层

以金属粉作为分散微粒，悬浮在电镀液中并与基质金属共沉积，即可获得金属微粒弥散于另一金属之中的复合镀层。然后将复合镀层进行热处理，可得到一定组成的新合金镀层。通过这种方法可以得到在水溶液中难以共沉积的合金镀层

①在瓦特镀镍溶液中加入铬粉(颗粒约为5μm)，即可得到Ni-Cr复合镀层，再经过1000℃以上的热处理，就得到了Ni-Cr合金镀层

②将钼、钨等耐热金属粉加入镀铬溶液中，获得的复合镀层在1100℃下进行热处理，就可获得Cr-Mo和Cr-W等分散强化合金镀层

复合镀层应用的另一重要领域是分散强化合金镀层

防护性复合镀层

①将非导电微粒如SiO₂、SiC、BaSO₄等加入镀镍溶液中，获得Ni-SiO₂、Ni-SiC、Ni-BaSO₄等复合镀层。当继续镀铬时就得到微孔铬或微裂纹铬，它使真实腐蚀电流密度大大下降，从而使其耐蚀性提高3～5倍

②在镀锌溶液中加入固体微粒如SiC、SiO₂、TiO₂、ZrO₂等，可得到耐蚀性高的Zn-SiC、Zn-SiO₂、Zn-TiO₂、Zn-ZrO₂等复合镀层，与锌镀层相比，其耐蚀性有很大的提高

早在20世纪60年代为了改善和提高铜/镍/铬体系的耐蚀性，就研究采用了镍封和缎面镍作中间层以代替金属镍层

装饰性复合镀层

①在瓦特镀镍溶液中加入粒径为3μm的α-Al₂O₃为分散相，再加入光性强的表面活性剂，既能促进微粒进行共沉积，同时由于α-Al₂O₃微粒上吸附了荧光表面活性剂，使复合镀层具有荧光彩色

②以三聚氰胺树脂为颜料，以柠檬黄、橙、粉红等有机荧光颜料作为分散相，用复合电镀可以获得相应颜色，并在夜间发出荧光彩色的镍镀层。荧光粒子在复合镀层表面的比例约占80%。为了防止荧光粒子从镀层表面脱落，可在复合镀层的表面再镀一层薄金(0.2～0.5μm)

荧光彩色复合镀层可以作为金属荧光板、汽车和摩托车的尾灯等，以节约能源

其他类型复合镀层

①用镍作为基质金属，以CdS、CdTe等为分散相进行的共沉积，得到的复合镀层可作为光敏元件

②用镍或镍钴合金为基质金属，复合以陶瓷粉、CeO₂等微粒得到的复合镀层有很好的耐高温特性，可用于航空航天

③用镍复合ZrO₂、WC等得到的复合镀层，可用来作电解电极，以提高催化活性等

由于利用复合电镀的方法制备某些特殊功能材料比较方便。目前复合镀层逐渐向功能应用方面发展。如通过复合电镀法进行材料组合，就能提供改善性能和开发新的应用领域