引　言

纳米复合镀层所体现出的诸多优良功能已使纳米复合镀技巧迅速成为电镀技巧倒退的又一热点[1]。今朝,曾经开收回各类纳米构造的耐磨减摩、装璜防护、耐低温和电子复合镀层[2]。行使火药爆炸法分解的纳米金刚石是今朝一切办法中失去的细的金刚石超粉，它不只具备金刚石固有的高硬度、高耐磨特点，并且具备比外表积年夜、量子尺寸等非凡效应，金刚石以及纳米颗粒的两重特点，使其正在制备性能性纳米复合镀层中显示出广阔的使用前景[3]。采纳一般瓦特镀液，增加纳米金刚石微粉制备了镍基纳米复合镀层，调查了工艺参数对复合镀层硬度的影响，失去了纳米金刚石复合共堆积的好工艺前提。

1　实验局部

(1)复合电镀工艺流程：45钢→打磨、抛光→超声波除了油→活化解决(外表强活化以及弱活化)→纳米复合电镀→镀后解决。

(2)复合镀液以一般瓦特型光洁镀镍液为根底液，纳米金刚石增加量为10 g/L;镀液温度45℃，电流密度1~6A/dm2，pH=2~6 ，搅拌形式为磁力搅拌。电镀前将纳米金刚石粉与过量的无机扩散剂夹杂后退出镀液，经超声波扩散肯定工夫后，开端复合电镀。

(3)采纳MV-5-VM型显微硬度仪测定复合镀层的显微硬度，用来判别纳米金刚石颗粒对复合镀层的强化成果。用光学显微镜以及JSM-5600LV型扫描电子显微镜对镀层的外表描摹进行察看。采纳WS-97型主动划痕仪对纳米复合镀层与底材的连系强度进行了测试。以镀层剥落时的小临界载荷Lc作为镀层连系强度的怀抱。

2　后果与探讨

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

跟着阴极电流密度的添加，纳米复合镀层的硬度出现出先迟缓增年夜后急剧减小的趋向，当电流密度年夜于5 A/dm2后，复合镀层的硬度简直与纯镍镀层硬度相称。缘由是跟着阴极电流密度的增年夜，金属镍对纳米金刚石颗粒的包裹才能加强，同时电堆积进程中的电场力加强，即阴极对吸附着大批正离子的纳米金刚石的静电引力加强，对金刚石以及基质金属镍的共堆积有肯定的促成作用。

当电流密度持续进步时，镍的堆积速率将会明显放慢。但是,纳米金刚石被保送到阴极左近并被嵌入镀层中的速率，随电流密度而增年夜的速率，常赶没有上基质镍堆积速率的进步[4],以是当阴极电流密度太年夜时，金刚石堆积量反而缩小，复合镀层的硬度天然降落。同时电流密渡过年夜时，阴极外表析氢加剧，障碍了纳米金刚石与阴极外表的吸附。这也阐明金刚石颗粒抵达阴极外表并非次要靠电场力的作用。综合其余复合镀工艺[5]发现，与微米级颗粒相比，关于纳米颗粒的共堆积，优化的施镀电流密度年夜幅降落，这多是因为纳米颗粒的的小尺寸等特点所影响的。

2.1.2　镀液pH值的影响

pH值对复合镀层中纳米颗粒共堆积量的影响比拟复杂，它是H+正在颗粒外表的吸附与pH值对基质金属电堆积进程影响的综合后果。实验中管制镀液温度为45℃，阴极电流密度为2.5 A/dm2。

跟着镀液pH值的增年夜，复合镀层硬度添加;当pH值年夜于4.5后，复合镀层硬度反而降落。其缘由是:当pH值较低时，镀液中的H+增多，假如H+能吸附于颗粒外表，则能起到共堆积促成剂的作用。而年夜量钻研标明，纳米金刚石对H+和其余正离子的吸附很弱[6]。因而,较低pH值下电堆积时，正在阴极外表有年夜量的氢气析出，使溶液/电极界面构成了气体的隔离层[7]，纳米金刚石颗粒难以达到阴极外表而被吸附，因而与镍发作共堆积的概率年夜幅升高;即便金刚石颗粒正在阴极外表吸附，也可能被析出的氢气泡从外表冲洗上去，使镀层中的纳米金刚石含量升高。镀液pH值超越5时，正在镀层的外表析出一层与底材连系很差，较薄的金刚石钝化层(呈碎片状散布)粘附正在基体的外表。故镀液的pH值普通管制正在3.5~4.5。

2.1.3　搅拌强度的影响

年夜量钻研标明,搅拌作用对颗粒的共堆积有很年夜的影响。实验中发现搅拌速率正在100 r/min如下时，便可使患上纳米金刚石微粒正在镀液中放弃较好悬浮;正在100~300 r/min范畴内，纳米复合镀层具备较高的硬度。由于正在这个范畴内,跟着搅拌强度增年夜，纳米金刚石颗粒以及阴极的碰撞以及吸附概率增年夜，颗粒的共堆积量将会添加，招致了复合镀层硬度的回升;然而当搅拌强度超越300 r/min之后，纳米金刚石正在阴极外表的停留工夫太短和强搅拌对未齐全被镍包裹的金刚石颗粒的冲洗作用，招致了所患上复合镀层中金刚石颗粒含量显著升高，以是硬度明显降落。因而合适的搅拌强度是制备高品质纳米金刚石复合镀层的要害之一。

2.2　纳米复合镀层的显微组织以及连系强度

行使扫描电镜察看了复合镀层正在没有同堆积工夫的组织描摹(见图3)。从图3a中能够看出,堆积初期镀面较平坦，基质Ni中的金刚石颗粒含量较少，年夜局部放弃正在亚微米尺度，同时也有一些年夜的团圆体。跟着堆积工夫的添加，基质Ni中金刚石的含量显著增多(图3b)。但跟着堆积工夫的进一步添加，基质Ni中金刚石含质变化没有年夜。咱们以为，以上景象与底材外表和镀面的外表毛糙度有很年夜的关系。依据Guglielmi模子[8]，颗粒共堆积进程中，静电吸附与机器碰撞吸附同时存正在。因为正在堆积初期底材具备较低的毛糙度(Ra=0.06~0.10μm)，会减弱底材外表俘获金刚石粒子的才能;跟着堆积工夫添加，金刚石粒子的包覆会使患上镀面的毛糙度逐步降低，这添加了镀面机器俘获粒子的概率。正在随后的堆积进程中，因为镀面的毛糙度再也不显著降低，因而金刚石粒子的含量无显著降低趋向。图3c还标明，选用上述好工艺参数能够制备出金刚石颗粒散布平均的复合镀层，从而能够起到弥散强化的作用，制备出硬度较高的纳米复合镀层。

厚度20μm的复合镀层与底材的连系强度经锉刀法及热震实验标明，制备的纳米复合镀层与底材连系精良，合乎相干的规范。划痕法测试的临界载荷值标明，钢底材上纳米金刚石复合镀层的临界载荷Lc能够达到43 N，与纯镍镀层 (45N)相比,临界载荷稍有降落。能够以为，纳米金刚石的共堆积对复合镀层同底材的连系强度影响没有年夜，进而为纳米金刚石复合镀层的实际使用提供了肯定的条件以及保证。

3　结　论

(1)电堆积参数对纳米金刚石的共堆积具备较年夜的影响。正在电流密度1.5~3.5 A/dm2，镀液pH值为3.5~4.5，搅拌速率为100~300 r/min时可以制备出同底材连系结实,金刚石微粒弥散较平均的高硬度纳米复合镀层。

(2)正在电堆积的进程中纳米金刚石颗粒年夜局部可放弃正在亚微米尺度，同时也发作了肯定水平的团圆。基质Ni中金刚石粒子的含量与镀面的机器俘获粒子的才能无关。