??
【簡介】
工業(yè)上應用的材料經常是根據對強度的要求來選用的,但其表面性能,例如耐磨損性、抗腐蝕性、耐擦傷性、導電性不一定能滿足要求。因此,需要選擇不同的鍍層以滿足表面性能的要求。鍍層的制備可通過機械鍍、摩擦電噴鍍、流鍍、激光鍍、浸鍍、電泳涂裝、復合電鍍等技術來實現。近年來,高速發(fā)展起來的復合鍍層以其獨特的物理、化學、機械性能成為復合材料的新秀,得到廣泛的關注,并已經被公認為一種生產技術。復合鍍層是通過金屬電沉積或共沉積的方法,將一種或數種不溶性的固體顆粒、纖維均勻地夾雜到金屬鍍層中所形成的特殊鍍層。以超硬材料作為分散微粒,與金屬形成的復合鍍層稱為超硬材料復合鍍層。文中介紹的金剛石復合鍍層就屬于這一類。金剛石復合鍍層的制備方法主要有化學復合鍍和復合電沉積法。
金剛石顆粒與金屬離子共沉積機理
在復合鍍液中加入的金剛石顆粒具有很強的化學穩(wěn)定性,施鍍過程中它不參與任何化學反應,只是與化學(電化學)反應產生的金屬離子共同沉積在基體的表面上。故化學鍍和電沉積復合鍍層都可用相同的機理來解釋。在研究復合電鍍共沉積過程中,人們曾提出3種共沉積機理,即機械共沉積、電泳共沉積和吸附共沉積。目前較為公認的是由Ｎ.Ｇｕｇｌｉｅｌｍｉ在1972年提出的兩段吸附理論。Ｇｕｇｌｉｅｍｉ提出的模型認為,鍍液中的微粒表面為離子所包圍,到達陰極表面后,首先松散地吸附(弱吸附)于陰極表面,這是物理吸附,是可逆過程。其次,隨著電極反應的進行,一部分弱吸附于微粒表面的離子被還原,微粒與陰極發(fā)生強吸附,此為不可逆過程,微粒逐步進入陰極表面,繼而被沉積的金屬所埋入。
該模型對弱吸附步驟的數學處理采用Ｌａｎｇｍｕｉｒ吸附等溫式的形式。對強吸附步驟,則認為微粒的強吸附速率與弱吸附的覆蓋度和電極與溶液界面的電場有關。王森林等研究耐磨性鎳金剛石復合鍍層的共沉積過程,結果表面:鎳金剛石共沉積機理符合Ｇｕｇｌｉｅｌｍｉ的兩步吸附模型,其速度控制步驟為強吸附步驟。到目前為止,復合電沉積和其它新技術、新工藝一樣,實踐遠遠地走在理論的前面,其機理的研究正在不斷的發(fā)展之中。
金剛石復合鍍層的制備及應用
2.1化學復合鍍金剛石
化學鍍是不外加電流,在金屬表面的催化作用下經控制化學還原法進行的金屬沉積過程。在鍍液中加入不溶性微粒,使之與金屬共沉積,即可得到復合鍍層。化學復合鍍不需電源和輔助陽極,不受基體材料形狀的影響,可在材料的各部位均勻沉積,鍍層致密硬度高,以及自潤滑性、耐熱性、耐腐蝕性和特殊的裝飾性。在航空、機械、化工、冶金及核工業(yè)等方面有廣泛的應用。復合化學鍍鎳鍍層的性質隨著選用微粒種類不同而異。金剛石有多種類型,大致可分為兩類:單晶和多晶。制備復合材料所選用的金剛石類型取決于復合材料的最終用途。單晶金剛石適用于研磨和磨削,因其表面特征是具有尖銳的邊角。
金剛石銼和砂輪等是用復合鍍層作為功能面,易采用天然單晶金剛石。耐磨的復合材料不能含有單晶金剛石,因其粗糙的表面易磨損配對面,一般采用爆炸法人造多晶金剛石。化學鍍鎳-多晶金剛石復合材料具有良好的表面防護和抗擦傷性能。薄層的化學鍍鎳-金剛石作為中間層可以提高鎳鉻電鍍沉積物的抗腐性,是最早鍍制的化學鍍復合材料之一,現在此種鍍層則主要用于抗磨。
國內有不少學者都研究過化學鍍金剛石復合鍍層。吳玉程等[7]研究表明在鎳磷合金沉積溶液中加入金剛石顆粒(平均尺寸14μｍ),可以明顯的強化鍍層,提高耐磨性能。王正等[8]研究表明金剛石復合鍍層除了硬度高,耐磨性好之外,還具有優(yōu)良的導熱性和耐腐性,因此可以大幅度提高鑄塑模具和冷加工模具的使用壽命。張信義等研究表明熱處理工藝對ＮｉＰ金剛石(<1μｍ)化學復合鍍層結構及性能的影響,研究表明復合鍍層在鍍態(tài)具有非晶態(tài)特征,鍍層在300℃開始晶化,在200℃～400℃鍍層有良好的耐磨性能。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
