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摘 要:在Watts型鍍鎳液中，分別加入粒徑為80—100nm的TiO2的兩種同質(zhì)異構(gòu)體：金紅石型和銳鈦型，得到了Ni-納米TiO2微粒的復(fù)合沉積層．研究了電沉積工藝體系的pH值、電流密度、攪拌速度、鍍液中TiO2的含量及添加劑對(duì)復(fù)合沉積層的表觀和沉積層中TiO2含量的影響，確定了最佳工藝條件．通過(guò)能量色散譜和SEM，對(duì)復(fù)合沉積層成分及形貌分析，在最佳組成及工藝條件下，得到了復(fù)合微粒重量為5％-10％，且表觀形貌良好的Ni—TiO2復(fù)合沉積層。
關(guān)鍵詞：復(fù)合電沉積;鎳;二氧化鈦;納米微粒
中圖分類號(hào)：O153.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0 前 言
納米科技是20世紀(jì)80年代末期剛剛誕生并且迅速發(fā)展的新科技，它的基本涵義是在納米尺寸范圍內(nèi)認(rèn)識(shí)和改造自然，通過(guò)直接操作和安排原子、分子來(lái)創(chuàng)造新的物質(zhì)L1].而納米材料的制備是納米科技領(lǐng)域最富有活力、研究?jī)?nèi)涵十分豐富的分支.隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)材料提出了各種各樣的新要求.以一種金屬為基體，通過(guò)電沉積的方法將納米級(jí)的惰性固體微粒夾雜在金屬鍍層中，得到的復(fù)合沉積層具有許多單金屬和合金所不具備的性能，如較高的硬度、高耐磨性、自潤(rùn)滑性以及高比表面等功能;而且制備方便，不要求高溫高壓，組成易于控制，有廣泛的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景，被認(rèn)為是當(dāng)前解決高溫耐腐蝕、高溫強(qiáng)度以及某些特殊情況下磨損等問(wèn)題的很有前途的方法。因此，納米材料復(fù)合電沉積被認(rèn)為是制備納米材料的一個(gè)重要手段.TiO2因晶體結(jié)構(gòu)的不同，具有3種同質(zhì)異構(gòu)體：金紅石，銳鈦礦，板鈦礦.其物理性質(zhì)各不相同，它們具有的其他優(yōu)異性能使其在材料合成方面有著廣泛的應(yīng)用.
本文研究了在瓦特型電沉積鎳的溶液中，加入粒徑在80～ 100 nm 的金紅石和銳鈦型TiO2超細(xì)微粒，借助自行研制的潤(rùn)濕劑、柔軟劑和光亮劑，在強(qiáng)烈的機(jī)械攪拌作用下，微粒在鎳沉積過(guò)程中被鎳晶粒嵌入陰極表面，從而獲得鎳一納米微粒復(fù)合鍍層.
1 實(shí)驗(yàn)方法
1.1 Ni-納米TiO2復(fù)合沉積層的制備采用500 mL燒杯為電解槽，陽(yáng)極為電解鎳板，陰欏為不銹鋼片，面積3 cm×5 cm，陰陽(yáng)極面積比為l：2.TiO2分別采用金紅石和銳鈦型兩種(由武漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院無(wú)機(jī)教研室提供)，微粒平均粒徑為80～100 nm，開始電鍍前先將微粒加入鍍液，浸泡攪拌30 min以上，使微粒充分潤(rùn)濕，分散均勻.采用正交設(shè)計(jì)，分別改變陰極電流密度D 、鍍液的pH 值、TiO2的分散量、添加劑的加入量、攪拌強(qiáng)度等工藝條件，得到一系列的鍍層，檢測(cè)各個(gè)工藝條件對(duì)鍍層外觀和TiO2 共析量的影響.鍍液組成及操作條件：
NiSO4·7H2O 280 g/L
NiC12·6H2O 40 g/L
H3BO3 40 g/L
鍍液中TiO2分散量 10~60 g/L
柔軟劑 5 mL/L
光亮劑 0.5 mL/L
微粒潤(rùn)濕劑 0.5～ 1 mL/L
工藝參數(shù)：
陰極電流密度： 1～6 A/dm
鍍液pH 值 2.0～4.5
電鍍時(shí)間 90 min
工作溫度 (55±2)℃
1.2 鍍層分析
用小銼刀挫破試片邊沿，小心取下復(fù)合沉積層.取樣一律集中在試片上沉積層的同一部位，使其具有代表性.采用Hitach一650型掃描電子顯微鏡對(duì)鍍層進(jìn)行成分和形貌分析.
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 鍍液中TiO2微粒的分散量對(duì)沉積層中TiO2含
量的影響
2.1.1 銳鈦型T O2微粒
由圖1可見，在一定的攪拌速度下，沉積層中TiO2的含量隨著TiO2在鍍液中的分散量的提高而逐漸增高，在30 g/L左右達(dá)到峰值，然后又逐漸下降.這是因?yàn)椋谙嗤膶?shí)驗(yàn)條件下，鍍液中微粒數(shù)目越多，則被輸送到陰極附近并與陰極發(fā)生弱吸附的微粒也越多，因微粒產(chǎn)生強(qiáng)吸附的形成速度與弱吸附的覆蓋度成正比，所以沉積層中TiOz的含量隨著鍍液中微粒分散量的增加而增大;當(dāng)微粒數(shù)目達(dá)到一定程度后，弱吸附于陰極的微粒達(dá)到飽和，此時(shí)鍍層中TiO2的含量達(dá)到峰值.不過(guò)，若繼續(xù)增加TiO2微粒的含量，反而導(dǎo)致沉積層中TiO2的含量下降，這是由于其他因素如微粒在鍍液中相互碰撞產(chǎn)生團(tuán)聚，微粒表面荷電程度降低以及因TiO2微粒吸附導(dǎo)致真實(shí)電流密度增大而引起電極表面大量析氫等因素的影響所造成的.
