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![[金刚石,纳米,表面]纳米金刚石的表面修饰及应用的分析](https://img.taocdn.com/s1/m/600a5751b9d528ea80c77912.png)
纳米金刚石的表面修饰及应用的分析米金刚石是一种重要的碳纳米材料，具有超高的硬度、化学稳定性、生物相容性以及良好的热传导性和耐磨性，己在润滑、抛光、生物医学及复合材料等技术领域得到广泛应用。
纳米金刚石的生产方法主要有爆轰法和化学气相沉积法，前者由于用水或冰作冷却介质，故在所制得的金刚石的表面含有许多含氧基团;后者由于在制备过程中通入了大量氢气，因此，在所制得的金刚石表面覆有较多的氢原子。
纳米金刚石粒径在100nm以下，与其他纳米粒子一样，具有超高的比表面能，使粒子往往以团聚体的形式存在，仅依靠诸如超声法、球磨法等物理分散法不能达到很好的分散效果，严重影响了其在许多重要领域的应用。
因此，通过表面化学改性改善其分散性及使其表面功能化，对其应用起着至关重要的作用。
工业生产的纳米金刚石多数是通过爆轰法制得的。
高纯度纳米金刚石是由内部sp3结构碳核和外部石墨壳或悬键所构成的，它具有几乎完美的晶体结构。
纳米金刚石表面携带的含氧基团包括轻基、竣基、醚键、默基等，通过还原、氧化等反应可得到表面含氢、羧基或轻基等单一官能团的纳米金刚石，在此基础上，可进一步对其进行修饰。
另外，纳米金刚石还能与树脂、生物分子作用，可用于制备复合材料和具有生物特性的医用载体。
目前，国内外对纳米金刚石的表面修饰研究主要集中在表面键接官能团和吸附目标大分子上，通过提高纳米金刚石在介质中的分散性，而达到降低润滑摩擦系数、提高抛光器件精密度、增强药物运载能力及提高工程材料机械特性等目的。
1纳米金刚石表面的初级修饰纳米金刚石表面基团的种类较为丰富，为了提高功能基团接枝率、吸附率及纳米金刚石的应用效果，表面初级修饰是必不可少的，该过程是将纳米金刚石表面基团均一化。
1. 1纳米金刚石的氢化大多数还原剂仅能将纳米金刚石表面的含氧基团还原为轻基，表面氢化具有一定难度，但也能通过一些方法使纳米金刚石得到氢化表面。
将纳米金刚石与氢气在高温下反应，可直接在纳米金刚石表面形成碳氢键。
太原理工大学硕士研究生学位论文金刚石/铜复合材料的制备及其性能研究摘要随着电子元器件电路集成规模日益提高，电路工作产生的热量也相应升高，对与集成电路芯片膨胀系数相匹配的封装材料的热导率提出了更高的要求。
本论文以制备高热导率封装材料为目的，以金刚石颗粒、Cu粉、CuTi合金粉末和W靶材作为原材料，分别利用放电等离子体烧结工艺、无压渗透工艺以及金刚石表面镀W后放电等离子体烧结制备Cu/金刚石复合材料，利用X射线衍射分析仪(XRD)研究材料成分、采用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的组织特征，并且采用激光闪射热导率测试仪测试了复合材料的热导率，着重研究了材料成分对Cu/金刚石复合材料热导率的影响。
本文首先采用无压渗透法制备Cu-Ti/金刚石复合材料。
首先将酚醛树脂和金刚石颗粒混合压制并置于真空烧结炉内800℃碳化处理得到孔隙度为50%的金刚石压坯。
然后将Cu粉和一定质量分数的Ti粉进行均匀混合后对碳化后的金刚石预制体进行包埋熔渗，冷却后得到Cu-Ti/金刚石复合材料。
实验结果表明，当Ti含量低于10wt%时，Cu合金液不能自发渗入多孔金刚石预制体中。
当Ti含量大于10wt%时，Cu-Ti/金刚石复合材料中存在界面层。
随着Ti含量的增加，Cu-Ti/金刚石复合材料致密度从83.2%逐渐增大至89.4%，金刚石颗粒与Cu基体之间的界面层厚度从0.8µm逐渐增大至4µm。
随着基体中Ti含量的增加，复合材料的热导率先增大后减小。
当Ti的质量太原理工大学硕士研究生学位论文分数为15%时，Cu/金刚石复合材料的热导率达到最大值为298W/ (m·K)。
采用扩散不匹配模型对复合材料的理论卡皮查热阻进行理论估算，将所得结果带入Hasselman-Johnson模型对不同Ti含量下制备的Cu-Ti/金刚石复合材料的理论热导率进行计算可知，当Ti含量为15wt%时，复合材料的实际热导率可以达到理论热导率的82%。
金刚石微粉表面镀覆研究进展代晓南;何伟春【摘要】Copper, titanium, nickel, tungsten, molybdenum, silver, etc., are mainly used for diamond surface coating.These coating can enhance the compressive strength of diamond grains, the coefficient of thermal conductivity of grinding tool, service life, increase the binding force between the diamond abrasive and binder.There are a lot of different diamond surface plating processes, mainly included chemical plating, plating, magnetron sputtering, vacuum deposition, etc.Small size of diamond particle is required in grinding fluid, fine grinding and wire saw, so this needs fine grain diamond surface plating, but 5 ~10 μm is the smallest size in the industry at present, and its performance is not very good, so the study of fine grain diamond micro powder coating should be stepped up.%用于金刚石表面镀层的金属主要有铜、钛、镍、钨、钼、银等，不同程度的提高了金刚石颗粒的抗压强度、磨具的导热系数、使用寿命。
电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层制备工艺的研究近年来，电刷镀镍基纳米金刚石复合材料作为新兴的涂层材料受到广泛的关注，其优良的耐磨性能和表面抗腐蚀性能使其在很多关键技术应用中受到高度重视。
因此，研究如何制备低损耗电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层以及它的制备工艺具有重要的意义。
（一）电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层的材料组成电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层是一种以镍、纳米金刚石和其他辅助材料为主要成分的特殊涂层体系，由于纳米金刚石具有较高的硬度和耐磨性能，可以提高涂层的抗磨性能。
除此之外，由于纳米金刚石具有高热稳定性，可以在高温环境下提供更好的保护。
（二）电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层的制备工艺电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层的制备严格控制溶液组成、气体混合比例、处理温度和处理时间，其大致制备工艺可以分为：清洗、干燥、镀层制备、机械处理、热处理和检测几个步骤。
（1）清洗：清洗金属基体是制备电刷镀镍基纳米金刚石复合涂层的第一步，采用超声清洗或其他物理、化学方法实现对金属基体的清洗，有效去除基体表面的污染物和作用力污染杂质。
（2）干燥：金属基体清洗后，应尽快进行干燥处理，以免污垢粘附在基体表面影响涂层的质量。
（3）镀层制备：在温度、湿度、混合比例、分装密度等参数控制下，采用电刷镀技术制备出电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层。
（4）机械处理：使用精密磨头精细磨削涂层表面，使表面平滑光洁，减少去模孔和把模痕，使镀层表面光洁度以及耐磨质量更加优良。
（5）热处理：将电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层进行热处理，以改善镀层的性能，增强其耐磨性能和抗腐蚀性能。
（6）检测：最后，通过物理检测、电化学检测、扫描电子显微镜检测等方法，对电刷镀镍基纳米金刚石复合镀层进行全面检测，以保持高质量。
电沉积Cr-WO_3纳米复合镀层及其性能研究王毅【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2017(46)2【摘要】目的提高表面Cr镀层的耐腐蚀性能和热稳定性。
方法将纳米WO_3颗粒充分分散于镀Cr液中。
用直流电沉积的方法在低碳钢表面电沉积Cr-WO_3纳米复合镀层。
通过金相显微镜、X射线衍射仪分别观察镀层表面微观形貌和测试镀层的物相结构。
通过维氏硬度测试、极化曲线和电化学阻抗测试,分别评价Cr-WO_3纳米复合镀层的硬度和耐腐蚀性能。
结果 Cr镀层和Cr-WO_3纳米复合镀层表面均呈现层片状的晶粒结构,Cr-WO_3纳米复合镀层的晶粒度更细小。
在5%Na Cl溶液中进行电化学测试,相对于Cr镀层,Cr-WO_3纳米复合镀层的腐蚀电流密度下降至0.38μA/cm2,电化学阻抗值有所增大,其电化学活性相对Cr镀层更低,耐蚀性能更好。
Cr镀层和Cr-WO_3复合镀层的硬度十分接近,纳米WO_3的加入并未明显提高其硬度值,但是能够抑制镀层在退火过程中裂纹的产生和扩展,减少镀层表面状态的变化。
结论纳米WO_3颗粒的加入可以有效掺杂在镀层中,降低镀层的晶粒度。
Cr-WO_3纳米复合镀层的电化学活性更低,耐蚀性性能更好。
WO_3纳米的加入对未退火的镀层硬度的影响不显著,但能降低退火后镀层硬度降低的幅值,提高了镀层的热稳定性。
【总页数】6页(P92-97)【关键词】电沉积;复合镀层;WO3;耐蚀性;镀铬;电化学阻抗;硬度【作者】王毅【作者单位】山东钢铁股份有限公司莱芜分公司技术中心【正文语种】中文【中图分类】TG174.441【相关文献】1.超声辅助电沉积制备Ni-SiO2纳米复合镀层及耐蚀性能研究 [J], 吴勐;沈喜训;徐群杰;成旦红2.锌-镍/纳米氧化铝复合电沉积及镀层结构性能研究 [J], 魏攀;陈斌;何方波;王惠3.电沉积镍-磷-纳米金刚石纳米复合镀层性能研究 [J], 徐惠;翟钧;苟国俊;曲小丽;力虎林4.超声电沉积制备Ni-ZrO_2纳米复合镀层及其结构和性能的研究 [J], 司东宏;薛玉君;申晨5.超声辅助电沉积制备镍–钴–纳米氧化铝复合镀层及其性能研究 [J], 金辉;陈立佳;王一雍;周新宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米金刚石提纯技术研究进展一、传统纳米金刚石制备方法存在的问题传统纳米金刚石制备方法主要包括化学气相沉积、高压高温合成和爆炸法。
虽然这些方法能够制备出一定质量和尺寸的纳米金刚石颗粒，但存在着一些问题，如杂质较多、颗粒分布不均匀、表面粗糙等，限制了其在实际应用中的表现。
纳米金刚石的提纯技术成为了当前研究的热点之一。
二、提纯方法1. 化学方法化学方法是目前应用最广泛的纳米金刚石提纯技术之一。
其主要原理是利用化学溶剂对纳米金刚石颗粒进行表面处理和清洗，去除杂质和表面缺陷，从而提高纳米金刚石的纯度和结晶度。
常用的化学方法包括酸洗、碱洗、氧化和还原等。
通过这些化学处理，纳米金刚石的表面质量得到了较大改善，提高了其在材料制备和应用中的性能表现。
2. 物理方法物理方法是另一种常用的纳米金刚石提纯技术。
该方法主要包括磨削、超声波处理、等离子体清洗等。
通过这些物理手段，可以有效去除纳米金刚石表面的杂质和缺陷，提高纳米金刚石的结晶度和稳定性。
物理方法还可以实现对纳米金刚石的尺寸和形貌的精确控制，有助于满足不同领域的应用需求。
3. 组合方法三、研究进展四、未来展望纳米金刚石提纯技术的不断进步为其在机械、电子、医疗等领域的应用打开了新的局面。
未来，随着纳米科技和材料科学的不断发展，相信纳米金刚石提纯技术将会取得更大的突破，为纳米金刚石材料的制备和应用提供更多可能性。
研究人员也需要关注纳米金刚石提纯技术的环保性和可持续性，开发更加绿色和低成本的提纯方法，推动纳米金刚石技术的产业化和商业化进程。
纳米金刚石提纯技术的研究进展为其在多个领域的应用提供了新的可能性，同时也为纳米金刚石技术的产业化和商业化提供了技术支撑。
相信随着相关研究的不断深入，纳米金刚石材料将会在未来展现出更加广阔的应用前景。
纳米复合电刷镀技术摘要介绍了纳米复合电刷镀层的基本原理与工艺，以及它与普通刷镀层机械性能的比较，展望了纳米复合刷镀层的应用前景。
关键词电刷镀纳米颗粒共沉积性能图分类号：tu113.6 文献标识码：a1 引言纳米复合电刷镀技术是在刷镀液中加入一种或几种不溶性的纳米颗粒，利用电刷镀原理，使纳米粒子与基质金属离子发生共沉积的一种表面工程技术。
单一金属镀覆技术由于其本身的局限性，已不能完全满足产品制造高性能、多功能的要求，而两种或多种金属或非金属的复合镀技术近年来取得了较大的发展，复合镀技术尤其是纳米复合镀技术已经成为当今现代表面镀覆技术研究的一个热点和焦点。
2 纳米复合电刷镀技术的基本原理纳米复合电刷镀技术一般采用专用可调压式的直流电源设备，通常采用纯度较高的石墨作阳极材料，石墨块外表面包裹上棉花和耐磨的涤棉套，镀笔接电源的正极，被刷镀工件接电源的负极，刷镀时用浸满镀液镀笔保持适当的压力与工件接触，并保持一定速度在工件表面上移动。
复合镀液中的待镀金属离子在电场力的作用下游离到工件表面，获得电子被还原成金属原子，复合镀液中的纳微米粒子与金属离子发生共沉积，形成复合镀层。
随着刷镀时间的累积，刷镀层逐渐增厚。
3纳米复合电刷镀技术的沉积机理目前，基于电刷镀工艺特点的复合电沉积机理研究进展比较缓慢，尚未形成有代表性，并具有广泛适应性的理论和数学模型。
在这方面的研究主要是借鉴复合电沉积机理的研究成果。
对于纳米粒子在电极表面的吸附和裹覆过程可以从吸附机理和电化学机理解释，结合电刷镀的工艺特点，纳米粒子与金属的共沉积过程如下：（1）悬浮于待镀液中的金属离子和纳米粒子，暂存于镀笔外的棉包套中，在电极作用力下向阴极表面游离。
（2）纳米粒子粘附与电极上。
凡是影响纳米粒子与电极间作用力的各种因素，均对这种粘附有影响。
它不仅与纳米粒子的特性有关，而且也与镀液的成分和性能以及电刷镀的操作工艺有关。
（3）纳米粒被沉积在阴极上的金属镀层镶嵌。
纳米金刚石提纯技术研究进展纳米金刚石是一种具有极高硬度和优异性能的材料，具有广泛的应用前景。
由于其制备工艺复杂和技术难度大，长期以来一直受到研究者们的关注和挑战。
随着纳米金刚石领域的不断深入研究，纳米金刚石提纯技术也逐渐取得了一系列进展，使得纳米金刚石的制备和应用变得更加可行和普及。
本文将对纳米金刚石提纯技术的研究进展进行全面分析和探讨。
一、传统纳米金刚石提纯技术存在的问题传统纳米金刚石制备技术主要包括化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、高温高压合成法等。
这些方法在纳米金刚石提纯过程中存在着一系列问题，限制了纳米金刚石的应用。
具体表现在以下几个方面：1. 成本高：传统纳米金刚石制备方法需要高昂的设备投入和成本支出，使得纳米金刚石的成本较高，限制了其在一些领域的广泛应用。
2. 纯度低：传统制备方法得到的纳米金刚石材料纯度较低，晶体结构不规整，边界和缺陷较多，导致其性能不稳定，不利于提高其应用价值。
3. 设备复杂：传统制备方法需要复杂的设备和工艺条件，操作难度大，制备周期长，制备效率低。
以上问题严重制约了纳米金刚石在材料领域的应用和发展，因此迫切需要寻找一种新的纳米金刚石提纯技术，以解决传统方法存在的问题。
近年来，随着纳米金刚石材料研究的不断深入，以及物理化学和材料工程领域的快速发展，研究者们不断探索和创新，提出了一系列新的纳米金刚石提纯技术，并取得了一些令人振奋的成果。
主要包括以下几个方面：1. 液相法提纯技术液相法提纯是一种相对新的纳米金刚石提纯技术，主要包括水热法、溶胶凝胶法等。
这些方法通过溶剂的化学反应和物理作用，将未纯净的金刚石材料进行混合、过滤、洗涤等步骤，最终得到纯净的纳米金刚石材料。
相比于传统方法，液相法提纯技术具有工艺简单、成本低、易操作等优点，特别适用于小批量的纳米金刚石制备。
目前，液相法提纯技术已经在实验室中取得了一些成功的案例，并逐渐得到推广和应用。
3. 纳米金刚石提纯技术应用案例随着纳米金刚石提纯技术的不断进步，纳米金刚石材料的应用范围也在不断扩大。
Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石化学复合镀新技术研究／陈文哲等・２７１・Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石化学复合镀新技术研究”陈文哲１‘２谢华２李勇３钱匡武２（１福建工程学院，福州３５００１４；２福州大学，福州３５０００２；３福建省中心检验所，福州３５０００２）摘要在Ｎｉ—Ｐ一化学复合镀工艺的基础上，探索加入纳米金刚石粒子作为硬质点的Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石共沉积复合镀新工艺技术。
进行Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石非晶态复合镀层的晶化转变过程、及其硬度和耐磨性等的研究，并与Ｎｉ—Ｐ化学镀层、Ｎｉ—Ｐ～微米金刚石复合镀层的性能进行比较。
结果表明，Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石共沉积复合镀中，最佳的金刚石添加量为１２９／Ｉ。
复合镀层为非晶态，３０００Ｃ时镀层开始晶化。
随时效温度升高，镀层的显微硬度逐渐升高，到４００。
ｃ达到峰值，而后因弥散相聚集长大粗化导致硬度下降，复合镀层的耐磨性也随着硬度的变化而变化。
关键词纳米金刚石Ｎｉ—Ｐ一纳米金刚石复合镀复合镀层晶化耐磨性ＳｔｕｄｙｏｆＮｉ—Ｐ—Ｎａｎｏ—ｄｉａｍＯｎｄＥｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓＣｏｍｐｏｓｉｔｅＰｌａｔｉｎｇＣＨＥＮＷｅｎｚｈｅｌ，２ＸＩＥＨｕａ２ＬＩＹｏｎ９３ＱＩＡＮＫｕａｎｇｗｕ２（１ＦｕｊｉａｎＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５００１４；２ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２３ＦｕｊｉａｎＣｅｎｔｅｒＴｅｓｔｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００２）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｕｐｏｎｔｈｅＮｉ—Ｐｅｌｅｃｔｒ０１ｅｓｓｐｌａｔｉｎｇ，ａｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＮｉ—Ｐ—ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓｃｏｍ—ｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｉｎｇｗａｓｄｅｖｅｌ９ｐｅｄｂｙａｄｄｉｎｇｎａｎｏ—ｄｉａｍｏｎｄａｓｈｉｇｈｈａｒｄｎｅｓｓｐａｒｔｉｃｌｅｓ．ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＮｉ—Ｐ—ｎａｎｏ—ｄｉａｍｏｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｔｉｎｇｗｅｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｐｈａｓｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｓａｂｏｕｔ３００。
CVD纳米金刚石涂层工艺流程一、概述CVD (化学气相沉积)纳米金刚石涂层工艺是一种先进的表面涂层技术，通过在基材表面沉积纳米级厚度的金刚石薄膜，可以显著提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
本文将详细介绍CVD纳米金刚石涂层的工艺流程，包括材料选择、表面处理、沉积工艺、质量控制等环节。
二、材料选择1. 基材材料：金属、陶瓷、塑料等材料均可用于CVD纳米金刚石涂层。
常用的基材包括硬质合金、不锈钢、钛合金等。
2. 基材形状：CVD纳米金刚石涂层工艺适用于各种形状的基材，包括平板、管材、复杂形状零件等。
3. 表面粗糙度：基材表面粗糙度对涂层的质量有重要影响，一般要求基材表面粗糙度在Ra<0.4um。
三、表面处理1. 清洗：将基材进行去油、除尘、去氧化处理，以保证涂层与基材之间的良好结合。
2. 粗糙化处理：对于一些表面平整的基材，可以采用砂喷或喷丸处理，增加表面粗糙度，有利于涂层附着。
3. 防粘接处理：在表面处理之后，可以在基材表面进行一些特殊的处理，以增强涂层与基材之间的黏附力。
四、CVD纳米金刚石涂层工艺1. 基材预热：将基材置于CVD反应室中进行预热，通常温度在800-1000摄氏度之间。
2. 气氛控制：在反应室中控制好气氛，通常使用氢气和甲烷混合气体，通过精确控制气氛比例和流量来控制沉积速率和涂层质量。
3. 沉积过程：在预热后的基材表面开始沉积金刚石薄膜，通过化学气相反应在基材表面沉积碳原子，形成金刚石晶粒，不断沉积形成厚度可控的金刚石薄膜。
4. 控制工艺参数：沉积过程中需要严格控制温度、压力、气氛比例、沉积时间等工艺参数，以确保获得高质量的纳米金刚石涂层。
五、质量控制1. 涂层厚度检测：使用X射线衍射仪、激光剥蚀仪等设备对涂层厚度进行检测。
2. 显微结构分析：通过光学显微镜、扫描电子显微镜等设备对涂层显微结构进行分析。
3. 涂层性能测试：对涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能进行测试，确保涂层符合要求。
纳米金刚石复合镀层制备工艺的研究
王立平,高燕,刘惠文,徐洮
(中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000)
[摘要]纳米金刚石复合镀层具有金刚石和纳米颗粒的双重特性，应用前景广阔。
采用复合电镀法制备了Ni-纳米金刚石复合镀层,考察了阴极电流密度、镀液pH值以及搅拌强度对纳米复合镀层显微硬度的影响，并分析了Ni-纳米金刚石复合镀层的共沉积过程。
结果表明，选择适当的共沉积工艺参数，可以制备出同底材结合牢固，金刚石微粒弥散较均匀的高硬度纳米复合镀层，基质Ni中金刚石粒子的含量与镀面的机械俘获粒子的能力有关。
[关键词]复合镀层；纳米金刚石；显微硬度；工艺参数
0引言
纳米复合镀层所表现出的诸多优异性能已使纳米复合镀技术迅速成为电镀技术发展的又一热点[1]。
目前,已经开发出各种纳米结构的耐磨减摩、装饰防护、耐高温以及电子复合镀层[2]。
利用炸药爆炸法合成的纳米金刚石是目前所有方法中得到的最细的金刚石超粉，它不仅具有金刚石固有的高硬度、高耐磨特性，而且具有比表面积大、量子尺寸等特殊效应，金刚石和纳米颗粒的双重特性，使其在制备功能性纳米复合镀层中显示出广阔的应用前景[3]。
采用普通瓦特镀液，添加纳米金刚石微粉制备了镍基纳米复合镀层，考察了工艺参数对复合镀层硬度的影响，得到了纳米金刚石复合共沉积的最佳工艺条件。
1试验部分
(1)复合电镀工艺流程：45钢→打磨、抛光→超声波除油→活化处理（表面强活化和弱活化）→纳米复合电镀→镀后处理。
(2)复合镀液以普通瓦特型光亮镀镍液为基础液，纳米金刚石添加量为10 g/L；镀液温度45℃，电流密度1~6A/dm2，pH=2~6 ，搅拌方式为磁力搅拌。
电镀前将纳米金刚石粉与适量的有机分散剂混合后加入镀液，经超声波分散一定时间后，开始复合电镀。
(3)采用MV-5-VM型显微硬度仪测定复合镀层的显微硬度，用来判断纳米金刚石颗粒对复合镀层的强化效果。
用光学显微镜和JSM-5600LV型扫描电子显微镜对镀层的表面形貌进行观察。
采用WS-97型自动划痕仪对纳米复合镀层与底材的结合强度进行了测试。
以镀层剥落时的最小临界载荷Lc作为镀层结合强度的度量。
2结果与讨论
2.1工艺参数对复合镀层硬度的影响
2.1.1阴极电流密度的影响
在电沉积其他工艺条件不变的情况下，阴极电流密度与镍-纳米金刚石复合镀层显微硬度关系见图1。
图1电流密度对纳米复合镀层硬度的影响由图1中可见,随着阴极电流密度的增加，纳米复合镀层的硬度呈现出先缓慢增大后急剧减小的趋势，当电流密度大于 5 A/dm2后，复合镀层的硬度几乎与纯镍镀层硬度相当。
原因是随着阴极电流密度的增大，金属镍对纳米金刚石颗粒的包裹能力增强，同时电沉积过程中的电场力增强，即阴极对吸附着少量正离子的纳米金刚石的静电引力增强，对金刚石和基质金属镍的共沉积有一定的促进作用。
当电流密度继续提高时，镍的沉积速度将会显著加快。
然而,纳米金刚石被输送到阴极附近并被嵌入镀层中的速度，随电流密度而增大的速度，常赶不上基质镍沉积速度的提高[4],所以当阴极电流密度太大时，金刚石沉积量反而减少，复合镀层的硬度自然下降。
同时电流密度过大时，阴极表面析氢加剧，阻碍了纳米金刚石与阴极表面的吸附。
这也说明金刚石颗粒到达阴极表面并不是主要靠电场力的作用。
综合其他复合镀工艺[5]发现，与微米级颗粒相比，对于纳米颗粒的共沉积，最优化的施镀电流密度大幅下降，这可能是由于纳米颗粒的特有的小尺寸等特性所影响的。
2.1.2镀液pH值的影响
pH值对复合镀层中纳米颗粒共沉积量的影响比较复杂，它是H+在颗粒表面的吸附与pH值对基质金属电沉积过程影响的综合结果。
试验中控制镀液温度为45℃，阴极电流密度为2.5 A/dm2，镍-纳米金刚石复合镀层硬度随镀液pH值的变化见图2。
图2镀液pH值对复合镀层硬度的影响
由图2可以看出，随着镀液pH值的增大，复合镀层硬度增加;当pH值大于4.5后，复合镀层硬度反而下降。
其原因是:当pH值较低时，镀液中的H+增多，如果H+能吸附于颗粒表面，则能起到共沉积促进剂的作用。
而大量研究表明，纳米金刚石对H+以及其他正离子的吸附很弱[6]。
因此,较低pH值下电沉积时，在阴极表面有大量的氢气析出，使溶液/电极界面形成了气体的隔离层[7]，纳米金刚石颗粒难以达到阴极表面而被吸附，因此与镍发生共沉积的几率大幅降低；即使金刚石颗粒在阴极表面吸附，也可能被析出的氢气泡从表面冲刷下来，使镀层中的纳米金刚石含量降低。
镀液pH值超过5时，在镀层的表面析出一层与底材结合很差，较薄的金刚石钝化层(呈碎片状分布)粘附在基体的表面。
故镀液的pH值一般控制在3.5~4.5。
2.1.3搅拌强度的影响
大量研究表明,搅拌作用对颗粒的共沉积有很大的影响。
试验中发现搅拌速度在100 r/min以下时，即可使得纳米金刚石微粒在镀液中保持较好悬浮；在100~300 r/min范围内，纳米复合镀层具有较高的硬度。
因为在这个范围内,随着搅拌强度增大，纳米金刚石颗粒和阴极的碰撞和吸附几率增大，颗粒的共沉积量将会增加，导致了复合镀层硬度的上升；但是当搅拌强度超过300 r/min之后，纳米金刚石在阴极表面的停留时间过短以及强搅拌对未完全被镍包裹的金刚石颗粒的冲刷作用，导致了所得复合镀层中金刚石颗粒含量明显降低，所以硬度显著下降。
因此合适的搅拌强度是制备高质量纳米金刚石复合镀层的关键之一。
2.2纳米复合镀层的显微组织和结合强度
利用扫描电镜观察了复合镀层在不同沉积时间的组织形貌(见图3)。
从图3a中可以看出,沉积初期镀面较平整，基质Ni中的金刚石颗粒含量较少，大部分保持在亚微米尺度，同时也有一些大的团聚体。
随着沉积时间的增加，基质Ni中金刚石的含量明显增多(图3b)。
但随着沉积时间的进一步增加，基质Ni中金刚石含量变化不大(图3c)。
我们认为，以上现象与底材表面以及镀面的表面粗糙度有很大的关系。
根据Guglielmi模型[8]，颗粒共沉积过程中，静电吸附与机械碰撞吸附同时存在。
由于在沉积初期底材具有较低的粗糙度(Ra=0.06~0.10μm)，会削弱底材表面俘获金刚石粒子的能力;随着沉积时间增加，金刚石粒子的包覆会使得镀面的粗糙度逐渐升高，这增加了镀面机械俘获粒子的几率。
在随后的沉积过程中，由于镀面的粗糙度不再明显升高，因此金刚石粒子的含量无明显升高趋势。
图3c还表明，选用上述最佳工艺参数可以制备出金刚石颗粒分布均匀的复合镀层，从而可以起到弥散强化的作用，制备出硬度较高的纳米复合镀层。
图3不同沉积时间纳米金刚石复合镀层的表面形貌
厚度20μm的复合镀层与底材的结合强度经锉刀法及热震试验表明，制备的纳米复合镀层与底材结合良好，符合相关的标准。
划痕法测试的临界载荷值表明，钢底材上纳米金刚石复合镀层的临界载荷Lc可以达到43 N，与纯镍镀层(45N)相比,临界载荷稍有下降。
可以认为，纳米金刚石的共沉积对复合镀层同底材的结合强度影响不大，进而为纳米金刚石复合镀层的实际应用提供了一定的前提和保障。
3结论
(1)电沉积参数对纳米金刚石的共沉积具有较大的影响。
在电流密度1.5~3.5 A/dm2，镀液pH 值为3.5~4.5，搅拌速度为100~300 r/min时能够制备出同底材结合牢固,金刚石微粒弥散较均匀的高硬度纳米复合镀层。
(2)在电沉积的过程中纳米金刚石颗粒大部分可保持在亚微米尺度，同时也发生了一定程度的团聚。
基质Ni中金刚石粒子的含量与镀面的机械俘获粒子的能力有关。
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