电沉积方法制备纳米晶Ni_W合金工艺研究

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电沉积Ni-W合金纳米晶的组织与性能

加，镀层的沉积速率和星徽硬度提高。镀液的ｐＨ对镀层性能影响最大。Ｎ・合金纳米晶镀层具有较高的抗腐蚀性。ｉＷ
关键词：金属材料｛Ｉ合金；Ｎ－Ｗ电沉积；缭米晶；组织结构；性能
中圉分类号：Ｇ７．４Ｔ１６１；Ｇ１．５文献标识码：文章编号：０１０１（０６０ — ０１０Ｔ１４４；Ｇ４．５Ｔ１３２Ａ１０ — ２１２０）３０３ — ５
将打磨好的试片水洗一碱洗除油一水洗一酸洗活化
一水洗。试样沉积：水浴加热盛装镀液的烧杯至规定温度，试样蒸馏水洗后装挂人槽，电电镀，将通镀前镀后均精确称量试样质量，算Ｎｉ合金镀层计．Ｗ沉积速率。试验装置：阳极为纯镍板，阴极为低碳钢
米晶材料Ｌ。通过对Ｎｉ合金电沉积影响较大的３Ｊ．ｗ
钨酸钠浓度、电流密度、液ｐ温度等四个工艺参镀Ｈ、
数进行正交试验，索多因素对沉积速率、微硬探显
度、镀层外观的综合影响，进一步通过对比试验，并
将纳米材料的优异特性与表面技术结合起来，
温度、Ｈ对镀层组织结构、积速率、ｐ沉显微硬度和外观的影响，采用正交设计方法和极差分析设计试验
为功能纳米材料设计、制备与应用提供了可能。与单金属镀层相比，具有特殊表面性能的多功能合金镀层的研究和应用日益广泛，沉积镍基合金镀层电因具有优良的物理、化学和机械性能，因而在材料设计研究和工程应用中越来越受到重视 … 。电沉积镍钨合金具有很高的硬度和优良的耐腐蚀性和耐磨损性，可望作为硬铬的替代材料［。目１］前已有较多关于单个因素对镀层组成、构等影响结的研究，多因素对镀层的综合影响规律的研究尚但未见报道。电沉积是制备完全致密的纳米晶材料的

脉冲喷射电沉积纳米晶镍工艺优化研究

ｍｉｅｉｇｏｔｏｏｌｅｐｒｍｅｔＴｈｕｆｃｒｏｏｙａｄｃｙｔｌｓｚｆｔｅｃａｉｇｒｎｌｚｄｚｄｕｓｎｒｈｇｎａｘｅｉｎ．ｅｓｒａｅｍｏｐｈｌｇｎｒｓａｉｅｏｏｔｎｓｗｅｅａａｙｅｈ
Ｋｅｗｒｓｐｌｌｔｄｐｓｉｎｊｔｌｔ】ｐｓｉ；ａｏｒｓｌｉｅｃａｎ；ｒｏｏａｅｐｒｙｏｄ：ｕｓｅｃｒｅ０ｉ０；ｅｅｃｒｄ０ｉ０ｎｃｔｃｌｏｔｇｏｔｇｎｌｘｅ — ｅｅ０ｔｅｌｅｔｎｎ（ｙａｎｋｉｈｉ
０．５％ｃｒｏｔｅ．Ｔｈｆｅｔｆｐｕｓｕｙｆｃｏ，￣ｅｕｎｙａｖｒｇｕｒｎｅｓｔｎｔｅｍｉ４ａｂｎｓｅ１ｅｅｆｃｓｏｌｅｄｔａｔｒｑｅｃｎｄａｅａｅｃｒｅｔｄｎｉｏｈ — ｙ
ｃｏａｄｅｓｏａｏｒｓ￣ｎｃｅｏｔｇｒｎｅｔａｅｒｈｒｎｓｆｎｎｃｙｔｉｋｌｃａｉｇｗｅｅｉｖｓｉｔｄ，ａｄｔｅｐｒｐａａｉｎｐｒｍｅｅｓｗｅｅｏｉｎｇｎｈｅｒｔｏａａｔｒｒｐｔ—
文献标识码：Ａ
中图分类号：Ｑ５．２Ｔ１３１
ＯｐｉｚｔｎｏｒｐｒｔｎＰｒｍｅｅｓｆｒＰｌｅＪｔｔｍｉａｉｆＰｅａａｉａａｔｒｏｕｓｅｏｏ
ＥｌｃｒｄｐｓｔｎｎｃｙｔｌＮｉｋｌＣｏｔｎｓｅｔ０ｅ０ｉｉｇＮａｏｒｓａｃｅａｉｇＷＡＧＤｎ —ｈｎ，ＡＧＹｎｈｉＴＡｏｇｊｎＬＵＺｉｄｎ，ＨＵＪｎＮｏｇｓｅｇＨＵＮｉ— ｕ，ＩＮＺｎ — ，Ｉｈ— ｏｇＺｕｕ

电沉积制备(Ni-W-P)-TiO_2纳米复合电极的催化析氢性能

的复合电极，具有较高的催化析氢活性；在２ ℃ 、０５ｍｏ／２Ｏ介质中（ — Ｐ一ｉ电极的表观交换电流密５．ｌＬＨＳ４ｙｉＷ－）Ｏ２Ｔ度是Ｎ — Ｐ合金电极的２ｉＷ－．，是Ｎ７倍ｉ电极的５３倍；当电流密度为１０ｍＡ／时，该电极电势相对于Ｎ — Ｐ０ｃｍｉＷ－
ｃｎｔｎｕｒｎ．ｅｅｆｃｓｏｏｃｎｒｔｎｏＯ２ａｔｌｓｓｓｅｄｄｉｈｌｔｇｂｔｎｅｏｉｎｉｎｔｅｏｓａｔｒｅｔＴｈｆｅｔｆｃｎｅｔａｉｆｃｏＴｉｒｃｅｕｐｎｅｔｅｐａｉａｈａｄｄｐｓｔｇｔｐｉｎｎｉｍｅｏｈ
ＨｙｒｇｎｅｏｕｉｎｐｏｅｔｓｆＮｉＰ — ｉｏｏｉｏｔｇｄｏｅｖｌｔｒｐｒｉ（－ｏｅｏ－）Ｏ２ｍｐｓｅｃａｉＷ－－Ｔｃｔｎ
ａｌｃｒｄｅｍａｅｉｌｅｒｄｂｌｃｒｌｔｃｃ－ｅｓｔｏｓｅｅｔｏｔｒａｓｐｒｐａｅｙｅｅｔｏｙｉｏｄｐｏｉｉｎ
ｃｔｙｉａｔｉｆｈｅｔｄｒｈｙｒｇｎｅｏｕｉｎｒｃｏＨＲｗｒｉｕｓｄＴｅｓｒａｅｒｈｌｇｎａｌｔｃｉｔｏｅｌｃｏｅｏｅｄｏｅｌｔａｔｎ（Ｅ）ｅｅｄｓｓ．ｈｆｃｐｏｏｙａｄａｃｖｙｔｅｒｆｔｈｖｏｅｉｃｅｕｍｏ
电沉积制备（ｉＰ．ｉ２米复合电极的催化析氢性能Ｎ．）Ｏ纳Ｗ－Ｔ

电泳沉积制备纳米涂层材料的研究与应用

电泳沉积制备纳米涂层材料的研究与应用
电泳沉积是一种广泛应用于制备纳米涂层材料的技术。

它是通过电场驱动的原理，在电解液中溶解或悬浮纳米材料的同时加上电场，使其沉积在带电极上，从而形成高质量的纳米涂层。

这种技术具有制备纳米涂层材料的高效、低成本和高可控性等优点，因此在各种领域的应用越来越广泛。

电泳沉积纳米涂层材料的制备获取了高质量、高纯度和均匀性好的涂层材料。

在这个过程中，需要选择合适的电解液以及纳米材料来实现。

此外，电泳沉积的过程较为简单，易于控制，可以通过改变电场强度、时间、温度等因素来调整涂层的性能。

在材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料被广泛应用于制备复合材料、电池材料、光学薄膜等领域。

例如，在制备锂离子电池材料时，电泳沉积纳米涂层材料可以提高电池的循环性能和稳定性。

另外，在光电材料领域，电泳沉积的纳米涂层可以提高材料的透明度和抗反射性能。

除了材料科学领域，电泳沉积纳米涂层材料还被应用于生物医学、环境科学和
纳米传感领域。

在生物医学领域，电泳沉积可以用于制备用于成像的生物标记物材料。

在环境科学领域，电泳沉积可以用于制备用于污染清除的催化剂材料。

在纳米传感领域，电泳沉积可以用于制备纳米结构传感器，实现对微小物质的检测。

总之，电泳沉积纳米涂层材料作为一种新型的涂层制备技术，具有制备高质量、高纯度和均匀性好的材料的优点，被广泛应用于各种领域。

随着技术的进步和人们对纳米材料研究的深入，电泳沉积纳米涂层材料的应用前景将更加广阔。

Ni-W合金电镀研究及发展趋势

３镀层的性能Ｎ．镀层具有较高的硬度，ｉＷ在镀态下非晶态镀层硬度可达到６０ｖ对Ｎ — 镀层在６０Ｃ下进行热处理，８Ｈ。ｉＷ０￣镀层开始转变为晶态结构，硬度达到１０Ｈｖ左右。Ｎｉ非晶２０ — Ｗ态镀层具有良好的耐蚀性，３ ℃的Ｈ在０ＣＬ溶液中耐蚀性约为Ｓ３４不锈钢的４ＵＳ００倍，在３ ℃的Ｄ溶液中约为０４ＳＳｏＵ３４的２倍，６ ℃时，～４在０可达到Ｓ３４ＵＳ０不锈钢的数百倍。对腐蚀前后的镀层使用Ｘ射线光电子能谱进行分析，发现在腐蚀前镀层中镍钨以金属Ｎ，的形式存在，ｉＷ在腐蚀后，金属镍，钨被氧化成Ｍ（和Ｗ０３样品表面的纯金Ｄ，属完全消失。形成了钝化膜，正是由于这种具有保护性的钝化膜的形成，阻止了腐蚀介质对基体的进一步侵蚀，使非晶镀层具有更高的耐蚀性。４Ｎ．三元合金ｉＷ（）Ｎ — Ｐ１ｉＷ— 。向Ｎｉ镀液中添加次亚磷酸钠或亚磷 — Ｗ酸等含磷物质，可得到ＮｉＰ镀层。ｐ — Ｗ－Ｈ值对镀层组成影响显著，Ｈ值降低有利于磷的沉积，Ｈ值升高有利于钨的ｐｐ析出。温度对钨和磷的电沉积影响较大，温度高有利于钨和磷的沉积，电流密度对钨和磷的沉积影响不大。当镀层中的Ｗ与Ｐ的总量高于４％时形成非晶态结构，镀层硬度在０７００Ｈｖ之间。０～８０非晶态的ＮｉＰ镀层具有良好的抗高 — Ｗ— 温氧化性能和抗腐蚀性。 — Ｐ非晶态镀层在３０ＮｉＷ— ０ ℃以下热处理时保持非晶态结构，３０Ｃ时变为晶态结构，在５￣硬度
Ｎ－非晶态镀层具有很高的机械性能，ｉＷ耐蚀性能和耐磨性，已被广泛地应用在铸造模具，注塑用螺杆，喷嘴及导线制辊等方面。ｉ镀层不仅在性能上可与硬铬镀层相媲Ｎ— Ｗ美，而且对环境污染小，可作为一种代铬镀层使用。本文将对Ｎｉ合金电镀研究现状及发展趋势作一综述。 — Ｗ１Ｎ－电沉积过程与反应机理ｉＷＮｉ镀液多以Ⅳ ・６．ＷｊＤ４Ｄ和ＮＷＯ・２－０作为ａ，１２１主盐，使用钌钛电极或不锈钢电极作不溶性阳极。由于钨的电极电位较负，不能单独从其盐的水溶液中沉积出来，而且镍和钨的标准电极电位相差较大（＝一１５Ｎ９：／．ｉ０＋／＝－．７，不能实现共沉积。但是由于过渡元素存在Ｎｉ０２１５３价电子空轨道，镍、钨金属离子可以和络合剂形成络合物，使得沉积电位都趋于更负，将原来电位相差较大的沉积电位相互接近，通过诱导共沉积原理使ｗ以Ｎｉ合金的形 — ｗ式沉积出来。 — 镀液按采用不同络合剂的种类可分为柠ＮｉＷ檬酸（体系，盐）酒石酸（体系，盐）焦磷酸盐体系，氨基磺酸盐体系和无络合剂的酸性体系，使用氨水作为辅助络合剂。下面以现在应用最为广泛的柠檬酸体系为例来说明Ｎ — ｉＷ的反应机理。柠檬酸是一种四元酸，为天然无毒络合剂，在溶液中主要以三价负离子Ｃ？的形式存在，其络合能力很强，与Ｃｉ一ｆ形成１１：的络合物［（ｉ］，Ｎｉｔ一在柠檬酸存在时，（Ｉ的存Ｃ）ＷＶ）在形式为，与柠檬酸形成１１的络合物【（ｆ］。：Ｃｆ一在）溶液中加入浓氨水作为辅助络合剂，可形成新的络合物【ｆ）Ｃｆ一ｏ（ｊ］。 Ⅳ（（ｆ］＾）和【ｖＣｆ一此时的电极反应主要为：）阴极反应：

电沉积纳米晶Ni-Co合金镀层腐蚀磨损性能的研究

腐蚀作用，使材料表面性能恶化，增加了材料的机械磨损；另
一
４ｍ，ｃ沉积时间３。电沉积后将镀层从基体上机械剥离，ｈ获得５ｍ４ｒｎ０１ｍ的薄片试样。０ｍＸ０ｉ × ．ｍａ用Ｈ１０Ｘ一００型维氏显微硬度计测定镀层硬度值。采用ＴＭ观察镀层组织结构。用ＥＳＥＤ分析镀层成分。采用ＣＩ０Ｈ６Ｃ型电化学工作站分别测定不同含ｃ量的６ｏ纳米晶Ｎ — ｏｉｃ合金镀层在两种腐蚀溶液中的极化曲线。
～
２
２ｇ１，ｏｈ・ＨＯ（０／）ＣＣ６２２—８ｇ１，ＣＣ３Ｃ（Ｈ）Ｏ／）２Ｏ０３ｏＯ２・
１．贴有试样的摩擦块；．２摩擦环；．３腐蚀介质
６２（ — ０／）Ｎ２ＯＨ（ｔ０／）以硼酸（０／）Ｈ００８ｇ１，ＨＳ３Ｏ～２ｇ１，３ｇ１作为ｐＨ缓冲剂，十二烷基硫酸钠（．１作为润湿剂，精０１）糖（．ｇ１作为应力减缓剂和晶粒细化剂。实验中所用药品２５／）均为分析纯，镀液用去离子水配制。镀液的ｐＨ值控制在３３５沉积温度６℃ ，．，０采用磁力搅拌器搅拌。脉冲电源为ＳＤ一０型数控双脉冲电镀电源，Ｍ３电流密度为（５～１）Ｏ
第２４卷第５期
电沉积纳米晶Ｎ — ｏｉＣ合金镀层腐蚀磨损性能的研究
谢宇玲
（福建船政交通职业学院，福州３００）５０７
摘要：通过脉冲电沉积方法制备纳米晶Ｎ —ｃ合金镀层。利用ＴＭ、ＤｉｏＥＥＳ等观察分析镀层的组织结构和化

《镀液成分和添加剂对电沉积Ni-W-P合金镀层影响的研究》

《镀液成分和添加剂对电沉积Ni-W-P合金镀层影响的研究》篇一一、引言电沉积技术是一种重要的表面处理技术，广泛应用于制造各种金属镀层。

其中，Ni-W-P合金镀层因其优异的物理和化学性能，如高硬度、良好的耐磨性、抗腐蚀性等，而备受关注。

镀液成分和添加剂对电沉积Ni-W-P合金镀层的影响是决定其性能的关键因素。

本文旨在研究镀液成分和添加剂对电沉积Ni-W-P合金镀层的影响，以期为实际生产提供理论支持。

二、镀液成分的影响1. 主盐浓度主盐浓度是影响电沉积过程的重要因素。

当镀液中Ni2+、W6+和PO43-的浓度较低时，电沉积速率较慢，镀层较薄，而高浓度则会导致镀层过厚，内应力增大。

因此，要选择合适的浓度，以保证镀层性能的稳定性和一致性。

2. 金属离子比例Ni、W和P元素的比例直接影响镀层的成分和性能。

适当的Ni、W和P含量可以使镀层具有良好的综合性能。

通常，通过调整各金属离子的比例，可以得到不同硬度和耐磨性的镀层。

3. 溶液pH值溶液的pH值对电沉积过程和镀层性能有显著影响。

pH值过高或过低都会导致镀层质量下降。

适中的pH值可以保证镀层的均匀性和致密性。

三、添加剂的影响1. 光泽剂光泽剂可以改善镀层表面的光洁度和外观。

通过添加适量的光泽剂，可以使镀层表面更加光滑，提高其反射率和外观质量。

2. 整平剂整平剂能够改善镀层的平整度，使镀层更加均匀。

在电沉积过程中，整平剂可以填补基体表面的微小凹凸，从而得到表面更加光滑的镀层。

3. 抑制剂抑制剂可以控制结晶过程，使晶粒细化，从而提高镀层的硬度和耐磨性。

通过添加适量的抑制剂，可以得到具有优良性能的Ni-W-P合金镀层。

四、实验方法与结果分析本文采用电化学方法研究镀液成分和添加剂对电沉积Ni-W-P 合金镀层的影响。

通过改变镀液中各成分的浓度和比例，以及添加不同的添加剂，得到一系列不同性能的Ni-W-P合金镀层。

然后，通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）、维氏硬度计、摩擦磨损试验机等手段，对镀层的形貌、成分、硬度和耐磨性等性能进行表征和分析。

Ni-W合金电镀研究现状及发展趋势

对沉积机理的探索，解液浓度、合剂、电络
种比较适合的络合剂，往因为能够得到往
添加剂的使用、电流密度、Ｈ值以及温度等较高钨含量的合金而成为首选，中不足格点位置而形成置换型固溶体。ｐ美由于ｗ原子０．３ｔｉ）原子半径（．２６ｍ）０１４ｎ操作条件对镀层性能的影响、层的结构的是这种体系的电流效率一般较低。用镀使半径（１７ｎｎ比Ｎｉ
境污染小，作为一种代铬镀层使用，避可躲
无序的非晶态结构，晶态Ｎ —Ｗ合金较晶的峰明显变宽，且有细微偏移。门大学非ｉ而厦化学系杨防祖以及国外一些研究者均认为这些只能解释为Ｎｉ合金电沉积层是以Ｎｉ —Ｗ
近些年来，沉积镍钨合金的研究逐电渐增温，因是这种合金呈现出独一无二原
度的增加而大幅增加，同时Ｎｉ的浓度影响内沉积率随温度升高而增大。了镀层中钨的含量，伴随着Ｎｉ度的升高浓
为溶剂，Ｗ为溶质，构上Ｗ占据Ｎｉ品格结的
了镀铬过程中产生的六价铬污染问题，具态具有更好地耐蚀性和耐磨性。Ｎｉ合在Ｗ柠有很重要的应用价值。目前的研究集中在金电镀中，檬酸和柠檬酸盐被认为是一

电化学沉积技术在纳米结构制备中的应用

电化学沉积技术在纳米结构制备中的应用随着纳米科技的快速发展，纳米结构的制备成为了研究的焦点和热点。

在纳米材料的制备过程中，电化学沉积技术被广泛应用。

本文将介绍电化学沉积技术在纳米结构制备中的应用，涉及原理、方法以及相关实例。

一、电化学沉积技术的原理电化学沉积是利用电解液中的带电粒子在外加电势驱动下，在电极上发生沉积的过程。

其原理基于电解质溶液中的离子迁移速度与浓度梯度的关系，并通过外加电势对离子进行控制。

通过在电极表面提供适当的催化剂，能够使离子在电极表面发生反应，从而实现纳米结构的沉积。

二、电化学沉积技术在纳米结构制备中的方法1. 模板法模板法是利用电化学沉积技术在模板孔道内进行纳米材料的沉积。

首先，在模板表面沉积一层金属，然后将模板浸入电化学沉积体系中，通过控制电势和时间，使金属在模板孔道内沉积形成纳米结构。

模板法不仅可以制备各种形状、尺寸和组成的纳米结构，还可实现有序排列，具有较高的制备精度和结构一致性。

2. 固液界面法固液界面法是将电解质溶液均匀浸润在电极表面，并通过电化学沉积使沉积物在电极表面上沉积形成纳米结构。

利用固液界面法可以制备出具有较大比表面积和较好结晶性的纳米材料，适用于制备纳米颗粒和纳米线等形态。

3. 电极表面催化法电极表面催化法是利用电化学反应在电极表面生成催化剂，在催化剂的作用下，将溶液中的离子还原成纳米结构。

该方法具有制备简单、操作方便的优点，并可在不需要复杂设备的情况下实现对纳米结构的制备。

三、电化学沉积技术在纳米结构制备中的应用实例1. 纳米传感器电化学沉积技术被广泛应用于纳米传感器的制备中。

通过沉积纳米金属或纳米氧化物在传感器表面，可增加传感器的比表面积，提高响应速度和灵敏度。

同时，还可通过调节电化学沉积条件来控制纳米结构的形貌和大小，以满足特定传感器的需求。

2. 纳米储能器件电化学沉积技术可用于纳米储能器件的制备，例如超级电容器。

通过在电极表面沉积纳米结构材料，可以增加电极与电解质的接触面积，提高储能器件的电容量和能量密度。

电沉积(Ni—W—P)-Si3N4复合镀层及性能研究

ＡｂｔａｔＵｓｎｔｏｆａｄｎｉａｔｃｅｎｏｔｏｌｇｔｅｄｐｓｔｎｃｎｉｏｓ（ — ｓｒｃ：ｉｇｍｅｈｄｏｄｉｇＳ３ｐｒｉｌｓａｄｃｎｒｌｎｈｅｏｉｏｏｄｔｎ，ＮｉＮ４ｉｉｉＷ — 一ｉｏｏｉｅｃａｉｇｗａｂａｎｄＰ）Ｓ３ｃｍｐｓｔｏｔｎｓｏｔｉｅ．ＥｆｅｔｆｄｐｓｔｏｏｄｔｏｓｏｈｉＮ４ｏｔｎＮ４ｆｃｓｏｅｏｉｉｎｃｎｉｉｎｎｔｅＳ３ｎｅｔｃ
（－－－ｉＮ４ｍｐｓｔａｉｇＮｉＷＰ）Ｓ３ＣｏｏｉｅＣｏｔｎ
ＳＯＮＧＺｈｅｘｉｇ，ＹＡＯｎ— ｎＳｕ— ｉｗｅ，ＷＡＮＧｎｇｚｉＨｏ — ｈ，ＺＨＡＮＧｅ — ｏＷｉｇｕ
（ｃｏｌｆｈｍｉａＥｇｎｅｉｇａｄＴｃｎｌｇ，ａｊｉｅｓｙＴａｊ３０７，ｈｎ）ＳｈｏｏｅｃｌｎｉｅｒｎｅｈｏｏｙＴｉｉＵｎｖｒｉ，ｉｎｉＣｎｎｎｔｎ００２Ｃｉａ
ｔｎｃｆｔｅｄｐｏｉ．ＸＲＤｔｅｎｓｏｈｅｏｓｔｓｏｗｈａｈｎｉＮ４ｐｒｉｌｉｆａｔｏａｅｏｈｅｓｔｐａｔｒｆｔｅｄｐｉｈｔｔｔｅＮｉａｄＳ３ａｔｃｅｄｆｒｃｉｎ
ｒｓｓａｃｆｔｅｄｐｓｔｉｔｅｂｓｅｈｏｔｎｆＳ３ａｔｌｓｉｈｅｏｉｉ１．．ｅｉｔｎｅｏｈｅｏｉｓｈｅｔｗｈｎｔｅｃｎｅｔｏｉＮ４ｒｉｅｎｔｅｄｐｓｔｓ０３ｐｃＫｅｗｏｄ：ｅｅｔｏｅｏｉｏｙｒｓｌｃｒｄｐｓｔｎ；（ — — －ｉｏｉＮｉＷＰ）Ｓ３ｃｍｐｓｔｏｔｇ；ｗｅｒｒｓｓａｃＮ４ｏｉｅｃａｉｎａｅｉｔｎｅ

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V o.l 38 No .2 A pr .2009 SURFACE TECHNOLOGY电沉积方法制备纳米晶N i W 合金工艺研究吴化1,韩双1,吴一2(1.长春工业大学材料科学与工程学院,吉林长春130012;2.空军航空大学基础部,吉林长春130022)[摘要] 为了进一步优化镀液成分和工艺参数,为制备W 含量可在较大范围内变化的块状纳米晶N i W 合金提供依据,采用不含任何氨根离子(NH +4)的镀液通过电沉积方法制备纳米晶N i W 合金镀层。

采用XRD 、SEM 和EDS 对镀层的结构、形貌和成分进行观察和分析。

结果表明:电沉积过程中电流密度、电源类型、p H 值及搅拌方式对镀层的W 含量都会产生较大的影响。

试验中所得到的N i W 合金镀层的W 含量为2.15%~30.31%(质量分数),其结构均为W 溶于N i 晶格所形成的置换式固溶体,平均晶粒尺寸为14~19n m;随着镀层中W 含量的增加,镀层的显微硬度也随之逐渐提高。

[关键词] N i W 合金;纳米晶;电沉积[中图分类号]TQ 153.2[文献标识码]A[文章编号]1001-3660(2009)02-0065-05Study on Process Cond iti ons of E lectrodepositi on of N anocrystalli ne N i W A ll oysWU H ua 1,HAN Shuang 1,WU Yi2(1.Depart m ent o fM aterial Sc i e nce and Eng i n eeri n g ,Changchun Un iversity of Techno logy ,Changchun 130012,Ch i n a ;2.Depart m ent of Foundation ,The A ir Force A v i a ti o n Un iversity ,Changchun 130022,Ch i n a)[A bstract] I n order to opti m ize the bath co m positi o n and process para m eters ,a lso to provide a basis for prepar i n g bulk nanocrystalline N i W all o ys w ith w ide content range ofW,plati n g bath w ithout any for m s o fNH +4w as utilized to synthesize nanocrystalli n e N i W coa ti n g .XRD (X ray d iffracti o n),SE M (scann i n g electr on m icroscope)and EDS(en er gy dispersi v e spectroscopy)w ere used to characterize the structure ,surface m orphology and co m positi o n o f t h e coating .The resu lt sho w s that current density ,po w er type ,p H value and ag itati o n conditi o n have si g nificant effect on theW con tent of the coati n g .The W content o f the N i W coati n g obta i n ed is 2.15% 30.31%(m ass fraction).The N i W coati n g is a disp lace m ent solid solution m ade up o f so l v entN i and so l u teW,w ith the average gra i n size of 14~19n m.W it h the i n creasi n g of the W conten,t t h e m icrohardness o f the coati n g also increases .[Key w ords] N i W a ll o ys ;Nanocr ystalli n e ;E lectrodepositi o n[收稿日期]2008-11-19[作者简介]吴化(1957-),男,吉林长春人,教授,博士,研究方向为材料表面改性、材料强韧化。

0 引言N i W 合金具有较高的熔点和硬度及较好的耐磨性和耐蚀性,且抗高温氧化,易脱膜,不粘着,对环境没有污染,因此作为镀铬层的替代镀层被广泛应用于轴承、气缸、活塞和铸造模具、热锻模具等的表面强化[1 4]。

此外,N i W 电沉积层还可作为功能性镀层应用于微电子系统、微电子机械系统和超大规模集成电路(U LSI)中[5]。

随着纳米材料成为材料领域内的研究热点,电沉积方法作为制备纳米材料的基本方法之一,具有投入少,生产率高,受形状和尺寸的限制较小,可制备出接近于完全致密的纳米材料以及便于由实验室研究向工业化大规模生产转化等优点,逐渐成为大量制备纳米材料的最有前途的方法之一[6]。

在常规电沉积方法制备N i W 合金工艺的基础上,通过加入添加剂或适当控制温度、电流密度和p H 值等工艺参数,便可以制备出纳米晶N i W 合金[7]。

纳米晶N i W 合金除具有常规N i W 合金的优点外,还兼具纳米材料的很多特性,具有更为广泛的应用前景,特别是由于N i W 合金本身的特点,还可以作为模型用于研究纳米金属材料的变形机理[8]。

由于在还原过程中存在电化学阻力,W 无法单独从钨盐的水溶液中沉积出来。

但在铁族金属Fe 、Co 和N i 的存在下,W 很容易从其含氧阴络离子(即钨酸阴离子)中与N i 、Co 等共同析出,形成具有良好外观及优异性能的二元或三元合金镀层[9]。

用于进行N i W 合金电沉积的镀液通常采用柠檬酸(盐)体系、酒石酸盐络合剂体系、焦磷酸盐体系、酸性体系和氨基磺酸盐体系[10 14]。

在这些镀液体系中,常添加氨水或氨盐来调节镀液的p H 值以及提高法拉第效率。

但需要注意的是,NH +4本身作为一种络合剂,也可以与镍离子形成二元络合物:N i 2++n NH 3 [N i(NH 3)n ]2+(1)其中,n =2~6。

研究表明,在N i W 合金电沉积的过程中,W 仅能从钨酸根离子与镍离子及柠檬酸根离子形成的三元络合物[(N i)(HWO 4)(C it)]2-或[(N i)(H 2W O 4)(C it)]-中沉积出来(络离子所带电荷数与镀液的p H 值有关),而N i 除了可从上述2种65三元络合物中与W 一起沉积外,还可以通过与NH +4形成的二元络合物[见反应式(1)]或与柠檬酸根离子形成的二元络合物单独沉积,这样就会导致镀层中的N i 含量过高,限制了镀层中W 的含量[15]。

而采用不含有任何NH +4的镀液体系,减少了N i单独沉积的途径,可以有效地提高镀层中W 的含量,使镀层中的W 含量在较大的范围内变化,从而得到不同成分、不同结构的N i W 合金镀层。

本文采用不含任何NH +4的柠檬酸盐体系镀液,通过对工艺参数进行调节控制,制备出纳米晶N i W 合金镀层。

采用XRD 、SE M 和EDS 对镀层的结构、形貌和成分进行观察和分析,并在此基础上研究了电流密度、电源类型、p H 值和搅拌方式对镀层中W 含量的影响。

分析了W 含量对镀层结构和晶粒尺寸的影响,并对镀层W 含量和显微硬度之间的关系进行了分析。

1 试验本试验采用的镀液以硫酸镍(N i SO 4 6H 2O )和钨酸钠(N a 2W O 4 2H 2O )为主盐,柠檬酸钠(N a 3C 6H 5O 7 2H 2O )为络合剂,镀液的主要成分和相应的试验参数详见表1。

阳极采用工业用电解镍板(纯度为99%),阴极采用紫铜片(30mm !30mm )。

镀液使用去离子水进行配制,所使用的化学试剂均为分析纯。

采用容积为2L 的玻璃水槽进行电镀操作,每次使用1.5L 镀液,每组试验结束后更换新镀液进行下一组试验。

采用S M D 30型高频脉冲电源作为电镀电源,将水槽置于带有超声搅拌装置的KQ 100DB 型电控恒温水浴中进行电镀操作。

试验装置的示意图见图1。

在电镀过程中定期测定镀液的p H 值,并添加适量的硫酸(H 2S O 4)或氢氧化钠(N aOH )对p H 值进行调节,使其保持恒定。

表1 镀液成分及试验参数Tab l e 1Bath co m po sition and depos ition conditi ons 镀液成分试验参数硫酸镍0.1m ol/L 温度50~70∀钨酸钠0.1~0.4m ol/L 电流密度3~9A /dm2柠檬酸钠0.6m ol/Lp H 值 6.5~8.5搅拌方式超声搅拌图1 试验装置示意图Fi gure 1Sche m atic d i agra m of experi m ental apparatus试样制备完成后,采用X 射线衍射仪(XRD,D /m ax 2000/PC ,CuK 靶,加速电压40k V )对镀层的结构进行检测。

采用配有能谱仪(EDS ,EDAX F alcon )的扫描电子显微镜(SE M,J S M 5600LV )对镀层表面形貌进行观察,同时对镀层中各元素的含量进行定量分析。

使用显微硬度计(F M 700,FUTURE TEC H )对镀层的显微硬度进行测量。

2 结果与讨论2.1 镀层结构与晶粒尺寸研究表明,N i W 合金镀层的结构与W 含量密切相关。

当W 含量低于20%(原子数分数,下同,质量分数44%)时,镀层主要为W 在N i 中的置换式固溶体N i 1-x W x ;当W 含量在20%~40%(质量分数44%~68%)之间时,镀层为非晶态结构;当W 含量高于40%(质量分数68%)时,镀层为正交晶系的1/1的N i/W 合金[15]。

图2列出了W 含量分别为4.71%、11.43%、20.69%和30.31%(均为质量分数)的N i W 合金镀层的X 射线衍射图样。

图2 不同W 含量的N i W 合金镀层的XRD 图F i gu re 2XRD patterns of electrodepos ited N i Wcoati ngs w it h d iff eren tW conten t从图2中可以看出,全部图样上均在2 =44.12#、51.15#、75.19#处出现3个尖峰。