铜表面直流镀镍及复合镀的研究【字数：10122】
镍极佳的抗氧化性能和延展性在工业生产和科学研究领域得到充分的展现。复合涂层拥有的优良性能可以弥补原材料在性能上的不足。本实验利用直流电源在铜基表面进行直流镍镀，并尝试在镀液中加入普通二氧化硅颗粒获得复合镀镍层。实验主要研究以直流电压源作为电镀电源时，电镀电压和电镀时间分别对镀层产生的影响。在相同的电镀时间和温度下，镀层的重量和厚度随电压的上升而增加，当电镀压为4.8V时，镀层的重量和厚度最大。在相同电压和温度条件下，镀层的重量随时间的延长而增加，电镀30分钟所得镀镍层质量最佳。在当前条件下，没有进行预处理，使用普通尺寸的二氧化硅进行复合镀，结果镀层的XRD图谱中没有SiO2相，即镀层中没有二氧化硅颗粒。
Key Words:Direct current electroplating;Nickel plating;Silicon dioxide ;Composite platin 目录
1.绪论 1
1.1电镀的发展 1
1.2复合镀层的发展 1
1.3镍的作用和特征 2
1.4复合镀层的分类、特点及应用 2
1.5电镀、复合镀的原理及特征 3
1.6本课题的意义和研究内容 4
2.实验部分 5
2.1药品及设备 5
2.2镀液配方 5
2.3实验设备 5
2.4实验方法 5
2.5镀层的检测 6
2.6塔菲尔曲线的测定 6
2.7 XRD检测 7
3.实验结果与分析 8
3.1直流镀镍 8
3.1.1电压对镀层的影响 8
3.1.2时间对镀层的影响 13
3.2复合镀 17
3.2.1 SiO2含量对复合镀层的影响 17
3.2.2复合镀的XRD分析 23
3.2.3复合镀的电化学腐蚀 25
4.结论 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1电镀的发展
电镀就是通过沉积机理在基材金属的表面镀上一层其它的不同于材料本身的金属或合金的镀层，从而提高基 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
材的抗腐蚀性能、耐磨损能力、延展特性、导电性能及硬度等。在进行电镀的时候将作为镀层的金属或可以稳定存在于镀液中的材料作为阳极，准备进行电镀的基材作为阴极，把含有预作镀层的材料的阳离子的溶液用作反应介质，在基材零件的表面，镀层金属与基质材料共沉积发生电化学反应形成镀层。
意大利籍化学专家在1805年开创了电化学的先河，创造了相关学科，1839年，俄、英两国的科学专家共同合作一起研发出关于金属材料的电沉积制作方法，1840年，英国人兄弟获得了首个电沉积方面的专利，创建了电沉积的工厂，电沉积的技术由此在全球范围内得以传扬[1]。1842年，通过电镀获得了含有镍的镀层[2]。十九世纪后期，电镀工业迅速发展。二十世纪四五十年代光亮镀镍发展较大，1972年光亮镀镍第一次真正被研制出来[2]。二十世纪七八十年代，在对镀镍时使用的添加剂进行研究时进展取得了关键性成功，推动了现代镀镍的体系的发展[3]。镀镍技术[35]已有一百多年历史，已形成多种体系。电镀镍的用途将随着工业的发展而更加广泛[6]。
电镀行业在改革开放后也得到了迅速的发展，进入了时期，而电镀技术的应用热点也发生转移。我国的电镀行业长久以来采取以能源资源换取效益的生产方式，这种管理模式带来的不仅是生产效率的低下和收益的减少，还对环境造成破坏。电镀产生的废水未达标就排放还会污染水资源，对人和自然造成负担。
我国大多数电镀企业创建年份较久，管理模式相对落后，保护环境的认识不够充分，电镀生产线和生产设备仍是传统工艺及设备，必然会导致污染大、能耗大。因此绿色环保意识的培养和科学高效的管理模式是必要的，对环保高效的工艺技术的研发应成为主流。
1.2复合镀层的发展
复合电镀又被称作分散电镀或镶嵌电镀[7]。复合电镀是采取电沉积的形式使基材与固体微粒发生氧化还原反应，从而得到复合型材料镀层的工艺。复合镀层一般来说相较于合金镀层或单金属镀层具有优良的功能特性[811]。国外在三十年代就有人得到了复合镀层，1949年美国人首次取得复合镀的专利，二十世纪五十年代初，人们为了研制出高强度、耐高温、耐磨损的材料和镀层，进一步研究了复合电镀。六十年代初期国内开始针对复合镀层进行研发探究，复合镀才被运用在生产领域中。七十年代国内才开始正视复合电镀的应用、研究与开发。目前，复合镀依旧是各个国家研发探究的重点项目，俄罗斯和日本等国家对此技术的研究发展处于领先水平。复合电镀现在被普遍运用于电子仪器生产、金属冶炼、航空科技、化工工程、核能研发等技术领域。
复合镀技术也在随着电镀工艺水平的提高不断地提高和完善，多种功能特性极佳的镀层被研发出来。复合材料归纳融合所复合的材料和基体材料的优异特性，复合镀层所复合的材料的微粒和基材金属不同，因此复合镀层拥有优异的耐磨性能、耐腐蚀能力、较高的硬度和耐热性能等特质。复合镀工艺在研发的初期阶段，主要是以氧化铝、碳化硅、二氧化硅等微粒做沉积固溶颗粒，用钴、铜、镍等单质金属做基层镀材金属[1215]。
1.3镍的作用和特征
镍金属呈银白色，具有较好的延展性能，镍不能溶解于水中，其氧化形成的致密的氧化膜具有极佳的抗氧化性能。镍镀层较为稳定，同时钝化能力较强，可以减缓腐蚀。镍镀层的硬度比较高，抛光性能突出，同时镍镀层的耐磨损性能也很好。镍所具有的耐腐蚀性能和良好的延展性使其常被用于生产制造合金上。镍镀层被用作功能镀层，在汽车、航空、材料工程和IT产业等领域被广泛的进行运用[1618]。
1.4复合镀层的分类、特点及应用
就研发出来的的电镀镀层而言，从功能上已划分成了多种系统，可分为有电接触性能的镀层、防护与装饰性镀层、耐磨损镀层、在高温条件下耐磨损耐侵蚀镀层等。耐磨损性能复合镀层：耐磨损复合层主要沉积高硬度的颗粒，这类硬质微粒有氧化铝，二氧化硅,二氧化钛,碳化钨,金刚石等，复合镀的镀层常以镍、钴等作主体基材金属。该类型的复合镀层在高温摩擦环境中仍有较高的耐磨性，抗高温性能同样优异，可以降低在工作环境极端的机械零件的磨损程度。复合镀层按使用范围分类可分为有特殊功能的复合镀层、装饰与防护性复合镀层和制造受力工件所需材料的复合镀层。功能性复合镀层使材料不仅具有材料基材原有的功能，还能具备镀层材料的性能。耐高温复合镀层：纳米级的陶瓷颗粒在高温环境下仍具有优异的抗材料氧化的能力，同时对高温的耐受性能很强，在复合镀中沉积纳米陶瓷颗粒可以使镀层的高温耐受能力取得显著提高。将硬质相与软的基材共沉积，基材的高温蠕变能力也能有所提升。纳米粉比微米粉提高材料耐高温性能的效果更显著。电子复合镀层：在电接触材料里使用纳米颗粒的复合镀层不仅可以节省材料，降低成本，而且还可以使材料的电接触能力获得明显提高。将金刚石通过复合镀与银基结合，是材料不仅拥有导电性，还能提高材料的硬度，是材料更加耐磨损，抗腐蚀的能力更强。自润滑减磨复合镀层：在恶劣的环境中工作的机器通常需要固体润滑剂来润滑。将具有润滑作用这一特殊性质的固体微粒通过电镀的方式与基质结合，所获得的的复合镀层自身的润滑性能比较好。该镀层通过自身的润滑作用减小摩擦，降低零件损耗。部分镀层还较高的具备良好的脱模能力，以及较高的防油防水性能。防护与装饰性复合镀层：该类型的复合镀层以镍封为典型，常在生产中使用。镍封通常以光亮镀镍为基础，再与固体颗粒进行复合镀。此种复合镀层也具备在高温的工作环境下耐腐蚀的能力，在高温环境下抗氧化能力强，并拥有高硬度强度。结构复合镀层常用高强度材料进行复合镀来提升材料的力学性能，但该种镀层需以电铸的方法来制取，且制备条件较为严苛，只适合实验或小批量生产。
Key Words:Direct current electroplating;Nickel plating;Silicon dioxide ;Composite platin 目录
1.绪论 1
1.1电镀的发展 1
1.2复合镀层的发展 1
1.3镍的作用和特征 2
1.4复合镀层的分类、特点及应用 2
1.5电镀、复合镀的原理及特征 3
1.6本课题的意义和研究内容 4
2.实验部分 5
2.1药品及设备 5
2.2镀液配方 5
2.3实验设备 5
2.4实验方法 5
2.5镀层的检测 6
2.6塔菲尔曲线的测定 6
2.7 XRD检测 7
3.实验结果与分析 8
3.1直流镀镍 8
3.1.1电压对镀层的影响 8
3.1.2时间对镀层的影响 13
3.2复合镀 17
3.2.1 SiO2含量对复合镀层的影响 17
3.2.2复合镀的XRD分析 23
3.2.3复合镀的电化学腐蚀 25
4.结论 28
参考文献 29
致谢 30
1.绪论
1.1电镀的发展
电镀就是通过沉积机理在基材金属的表面镀上一层其它的不同于材料本身的金属或合金的镀层，从而提高基 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
材的抗腐蚀性能、耐磨损能力、延展特性、导电性能及硬度等。在进行电镀的时候将作为镀层的金属或可以稳定存在于镀液中的材料作为阳极，准备进行电镀的基材作为阴极，把含有预作镀层的材料的阳离子的溶液用作反应介质，在基材零件的表面，镀层金属与基质材料共沉积发生电化学反应形成镀层。
意大利籍化学专家在1805年开创了电化学的先河，创造了相关学科，1839年，俄、英两国的科学专家共同合作一起研发出关于金属材料的电沉积制作方法，1840年，英国人兄弟获得了首个电沉积方面的专利，创建了电沉积的工厂，电沉积的技术由此在全球范围内得以传扬[1]。1842年，通过电镀获得了含有镍的镀层[2]。十九世纪后期，电镀工业迅速发展。二十世纪四五十年代光亮镀镍发展较大，1972年光亮镀镍第一次真正被研制出来[2]。二十世纪七八十年代，在对镀镍时使用的添加剂进行研究时进展取得了关键性成功，推动了现代镀镍的体系的发展[3]。镀镍技术[35]已有一百多年历史，已形成多种体系。电镀镍的用途将随着工业的发展而更加广泛[6]。
电镀行业在改革开放后也得到了迅速的发展，进入了时期，而电镀技术的应用热点也发生转移。我国的电镀行业长久以来采取以能源资源换取效益的生产方式，这种管理模式带来的不仅是生产效率的低下和收益的减少，还对环境造成破坏。电镀产生的废水未达标就排放还会污染水资源，对人和自然造成负担。
我国大多数电镀企业创建年份较久，管理模式相对落后，保护环境的认识不够充分，电镀生产线和生产设备仍是传统工艺及设备，必然会导致污染大、能耗大。因此绿色环保意识的培养和科学高效的管理模式是必要的，对环保高效的工艺技术的研发应成为主流。
1.2复合镀层的发展
复合电镀又被称作分散电镀或镶嵌电镀[7]。复合电镀是采取电沉积的形式使基材与固体微粒发生氧化还原反应，从而得到复合型材料镀层的工艺。复合镀层一般来说相较于合金镀层或单金属镀层具有优良的功能特性[811]。国外在三十年代就有人得到了复合镀层，1949年美国人首次取得复合镀的专利，二十世纪五十年代初，人们为了研制出高强度、耐高温、耐磨损的材料和镀层，进一步研究了复合电镀。六十年代初期国内开始针对复合镀层进行研发探究，复合镀才被运用在生产领域中。七十年代国内才开始正视复合电镀的应用、研究与开发。目前，复合镀依旧是各个国家研发探究的重点项目，俄罗斯和日本等国家对此技术的研究发展处于领先水平。复合电镀现在被普遍运用于电子仪器生产、金属冶炼、航空科技、化工工程、核能研发等技术领域。
复合镀技术也在随着电镀工艺水平的提高不断地提高和完善，多种功能特性极佳的镀层被研发出来。复合材料归纳融合所复合的材料和基体材料的优异特性，复合镀层所复合的材料的微粒和基材金属不同，因此复合镀层拥有优异的耐磨性能、耐腐蚀能力、较高的硬度和耐热性能等特质。复合镀工艺在研发的初期阶段，主要是以氧化铝、碳化硅、二氧化硅等微粒做沉积固溶颗粒，用钴、铜、镍等单质金属做基层镀材金属[1215]。
1.3镍的作用和特征
镍金属呈银白色，具有较好的延展性能，镍不能溶解于水中，其氧化形成的致密的氧化膜具有极佳的抗氧化性能。镍镀层较为稳定，同时钝化能力较强，可以减缓腐蚀。镍镀层的硬度比较高，抛光性能突出，同时镍镀层的耐磨损性能也很好。镍所具有的耐腐蚀性能和良好的延展性使其常被用于生产制造合金上。镍镀层被用作功能镀层，在汽车、航空、材料工程和IT产业等领域被广泛的进行运用[1618]。
1.4复合镀层的分类、特点及应用
就研发出来的的电镀镀层而言，从功能上已划分成了多种系统，可分为有电接触性能的镀层、防护与装饰性镀层、耐磨损镀层、在高温条件下耐磨损耐侵蚀镀层等。耐磨损性能复合镀层：耐磨损复合层主要沉积高硬度的颗粒，这类硬质微粒有氧化铝，二氧化硅,二氧化钛,碳化钨,金刚石等，复合镀的镀层常以镍、钴等作主体基材金属。该类型的复合镀层在高温摩擦环境中仍有较高的耐磨性，抗高温性能同样优异，可以降低在工作环境极端的机械零件的磨损程度。复合镀层按使用范围分类可分为有特殊功能的复合镀层、装饰与防护性复合镀层和制造受力工件所需材料的复合镀层。功能性复合镀层使材料不仅具有材料基材原有的功能，还能具备镀层材料的性能。耐高温复合镀层：纳米级的陶瓷颗粒在高温环境下仍具有优异的抗材料氧化的能力，同时对高温的耐受性能很强，在复合镀中沉积纳米陶瓷颗粒可以使镀层的高温耐受能力取得显著提高。将硬质相与软的基材共沉积，基材的高温蠕变能力也能有所提升。纳米粉比微米粉提高材料耐高温性能的效果更显著。电子复合镀层：在电接触材料里使用纳米颗粒的复合镀层不仅可以节省材料，降低成本，而且还可以使材料的电接触能力获得明显提高。将金刚石通过复合镀与银基结合，是材料不仅拥有导电性，还能提高材料的硬度，是材料更加耐磨损，抗腐蚀的能力更强。自润滑减磨复合镀层：在恶劣的环境中工作的机器通常需要固体润滑剂来润滑。将具有润滑作用这一特殊性质的固体微粒通过电镀的方式与基质结合，所获得的的复合镀层自身的润滑性能比较好。该镀层通过自身的润滑作用减小摩擦，降低零件损耗。部分镀层还较高的具备良好的脱模能力，以及较高的防油防水性能。防护与装饰性复合镀层：该类型的复合镀层以镍封为典型，常在生产中使用。镍封通常以光亮镀镍为基础，再与固体颗粒进行复合镀。此种复合镀层也具备在高温的工作环境下耐腐蚀的能力，在高温环境下抗氧化能力强，并拥有高硬度强度。结构复合镀层常用高强度材料进行复合镀来提升材料的力学性能，但该种镀层需以电铸的方法来制取，且制备条件较为严苛，只适合实验或小批量生产。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/yyhx/105.html
