纳米复合电刷镀技术原理、特点和应用

原

理

与普通电刷镀技术相似。采用专用的直流电源设备，电源的正极接镀笔，作为刷镀时的阳极，电源的负极接工件，作为刷镀时的阴极。镀笔:通常采用高纯细石墨块作阳极材料，石墨块外面包裹上棉花和耐磨的涤棉套。刷镀时使浸满复合镀液的镀笔以一定的相对运动速度并保持适当压力，在工件表面上移动，在镀笔与工件接触的部位，复合镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到工件表面，并在工件表面获得电子被还原成金属原子，这些金属原子在工件表面沉积结晶，形成复合镀层的金属基质相；复合镀液中的纳米颗粒在电场力或在络合离子挟持等作用下，沉积到工件表面，成为复合镀层的颗粒增强相。纳米颗粒与金属发生共沉积，形成复合电刷镀层。由于该镀层具有超细晶强化、高密度位错强化、弥散强化和纳米颗粒效应强化，因此，有比普通电刷镀层和电镀层更高的硬度和耐磨性

特

点

既具有普通电刷镀技术的一般特点，又具有其独特性能，主要有以下几方面：

①纳米复合电刷镀镀液中含有纳米尺度的不溶性固体颗粒，但并不显著影响镀液的性质(酸碱性、导电性、耗电性等)和沉积性能(镀层沉积速度、镀覆面积等)

②纳米复合电刷镀层组织更致密、晶粒更细小，镀层显微组织特点为纳米颗粒弥散分布在金属基质相中，基质相组织主要由微纳米晶构成

③镀层的耐磨性能、高温性能等综合性能优于同种金属镀层，工作温度更高

④根据加入的纳米颗粒材料体系的不同，可以采用普通镀液体系获得具有耐蚀、润滑减摩、耐磨等多种性能的复合镀层以及功能镀层

⑤在同一基质金属的纳米复合电刷镀层中，纳米不溶性固体颗粒的成分、尺寸、含量、纯度等，对镀层性能有不同程度的影响，优化这些影响因素可以获得性能/价格比最佳的纳米复合电刷镀层。这也是获得含纳米结构的金属陶瓷材料的有效途径

⑥纳米复合电刷镀技术的关键是制备纳米复合镀溶液。不同材料的纳米复合电刷镀溶液，其工艺也不尽相同，可获得不同性能的纳米复合电刷镀层

应

用

范

围

提高表面耐磨性

由于纳米陶瓷颗粒弥散分布在镀层基质金属中，形成了金属陶瓷镀层，这些纳米陶瓷硬质点使镀层的耐磨性显著提高。使用纳米复合电刷镀层可以代替零件镀硬铬、渗碳、渗氮、相变硬化等工艺

降低表面摩擦因数

使用具有润滑减摩作用的纳米不溶性固体颗粒制成的纳米复合减摩电刷镀层，弥散分布了无数个固体润滑点，能有效降低摩擦副的摩擦因数，起到固体减摩作用，也减少了零件表面的磨损，延长了零件使用寿命

提高零件表面的高温耐磨性

纳米复合电刷镀层的纳米不溶性固体颗粒多为陶瓷材料，具有优异的耐高温性能。当镀层在较高温度下工作时，陶瓷相能保持优良的高温稳定性，对镀层整体起到支撑作用，有效提高了镀层的高温耐磨性

提高零件表面的抗疲劳性能

许多表面技术获得的涂层能迅速恢复损伤零件的尺寸精度和几何精度，提高零件表面的硬度、耐磨性、防腐性，但都难以承受交变负荷，抗疲劳性能不高。纳米复合电刷镀层有较高的抗疲劳性能，因为纳米复合电刷镀层中无数个纳米不溶性固体颗粒沉积在镀层晶体的缺陷部位，相当于在众多的位错线上打下无数个“限制桩”，这些“限制桩”可有效地阻止晶格滑移。另外，位错是晶体中的内应力源，“限制桩”的存在也改善了晶体的应力状况。因此，纳米复合电刷镀层的抗疲劳性能明显高于普通镀层。当然，如果纳米复合电刷镀层中的纳米不溶性固体颗粒没有打破团聚，颗粒尺寸太大，或配制镀液时，颗粒表面没有被充分浸润，那么沉积在复合镀层中的这些“限制桩”很可能就是裂纹源，它不仅不能提高镀层的抗疲劳性能，反而会产生相反的作用

改善有色金属的使用性能

零件使用有色金属，主要是为了发挥其导电、导热、减摩、防腐等性能，但有色金属往往因硬度较低，强度较差，造成使用寿命短，易损坏。在其表面制备纳米复合电刷镀层，不仅能保持它固有的各种优良性能，还能改善它的耐磨性、减摩性、防腐性、耐热性。如用纳米复合电刷镀处理电器设备的铜触点、银触点，处理各种铅青铜、锡青铜轴瓦等，都可有效改善其使用性能

零件的再制造和性能提升

再制造以废旧零件为毛坯，首先要恢复零件损伤的尺寸精度和几何形状精度。这可先用传统的电镀、电刷镀的方法快速恢复磨损的尺寸，然后使用纳米复合电刷镀技术在尺寸镀层上镀纳米复合电刷镀层作为工作镀层，以提升零件的表面性能，使其优于新品。不仅充分利用了废旧零件的剩余价值，而且节省了资源，有利于环保。在某些备件紧缺的情况下，这种方法可能是备件的唯一来源