第２７卷第１期 吉 林 化 工 学 院 学 报 Ｖｏｌ＿２７ Ｎｏ．１ ２０１０年２月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＪｌＬＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｆｅｂ．２Ｏ１Ｏ 文章编号：１００７－２８５３（２０１０）０１４９０８５－０３ 脉冲电沉积Ｎｊ—ＳｉＣ复合镀层的 组织形貌与性能研究 马明硕 ，常立民 ，徐利 （Ｉ．吉林化工学院分析测试中心，吉林吉林１３２０２２；２．吉林师范大学环境工程学院，吉林四平１３６０００；３．中国石油吉 林石化公司丙烯腈厂，吉林吉林１３２０２２） 摘要：利用直流（ＤＣ）和脉冲（ＰＲＣ）两种电沉积方法制备了Ｎｉ—ＳｉＣ复合镀层．利用ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ） 检测了镀层的微观结构与性能，通过扫描电镜（ＳＥＭ）观察了镀层的表面形貌．结果表明：脉冲方法得到 的纯镍镀层和复合镀层结晶晶粒更细小均匀，表面更致密平整．当镀层中ＳｉＣ含量约为１０．６％时脉冲镀 层的宏观残余应力较直流镀层降低１９．５％，硬度提高６．６％． 关键词：脉冲；Ｎｉ．ＳｉＣ复合镀层；组织形貌；性能 中图分类号：ＴＱ １５３ 文献标识码：Ａ 随着电沉积技术的发展，传统的直流电沉积 工艺遇到了难以克服的一些困难，而这些困难通 １ 实验部分 过采用近年来刚刚发展起来的脉冲电沉积技术则 有可能克服¨ ．研究证实，脉冲电沉积可在短时 １．１实验材料与方法 间内获得高的峰值电流而增大阴极极化和脉冲间 试验以２５ ｍｍ ｘ４０ ｍｍ的钢片和镀锌板作为 歇能减少浓差极化ｌ３ Ｊ，因而使得采用脉冲方式获 基体材料．电镀工艺过程主要包括对基体进行镀 得的镀层较直流镀层有很大的优越性．目前，国内 前去油、有机溶剂清洗及稀酸活化处理；制备镀层 外关于合金脉冲电镀的报道很多，但关于使用脉 及镀后清洗、吹干、除油处理．镀层厚度约为６０～ 冲电流进行复合电镀的报道较少，鉴于此，本文采 ７０ ｍ．镀液成分为：２５０ｇ／Ｌ ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ，４５ ｇ／Ｌ 用双脉冲（ＰＲＣ）的方法制备了不同含量的Ｎｉ—ＳｉＣ ＮｉＣ１２－６Ｈ２Ｏ，３０ ｇ，／Ｌ Ｈ３ＢＯ３，０．７５ ｇ／Ｌ表面活性 复合镀层，研究了其组织形貌及性能，并将其与直 剂，１０～１００ ｇ／Ｌ ＳｉＣ（３．６～５．４ ｍ）．电沉积工艺 流（ＤＣ）镀层相比较． 参数见表１． 表１电沉积工艺参数 电沉积工艺参数 脉冲工艺参数 １．２性能测试 采用Ｄｍａｘ一ⅢＣ型ｘ一射线衍射仪（ＸＲＤ）测 ２结果与分析 定镀层的组织结构以及镀层的宏观残余应力，采 用Ｓ－５７０型扫描电镜（ＳＥＭ）观察镀层及磨损表面 ２．１镀层的表面形貌 形貌，采用ＭＨＶ－２０００型显微硬度计测量镀层表 图１为双脉冲和直流两种方法制备的纯Ｎｉ 面硬度． 及Ｎｉ．ＳｉＣ复合镀层的表面形貌．可以看出双脉冲 收稿日期：２００９—０６—０１ 作者简介：马明硕（１９８０一），女，吉林省吉林市人，吉林化工学院助教，硕士，主要从事化学分析测试方面的研究． 吉林化工学院学报 ２０１０拒 镀层结晶晶粒更细小均匀，表面更致密平整．上述 表２直流与脉冲镀层ＳｉＣ粒子含量 实验结果表明，双脉冲电沉积技术可制备出晶粒 细小、表面平整致密的Ｎｉ和Ｎｉ．ＳｉＣ复合镀层．其 原因：一方面，脉冲电流流通过电流（或电压）脉 冲的张弛增加阴极的活化和降低阴极的浓差极 对宏观残余应力的影响 脉冲镀层 直流镀层 化，可使金属离子在电极表面的成核功变小，晶核 的形成几率增大，增加了晶核成核数目；另一方 面，导通与关断时间的交替有利于镀液中吸附与 脱附的更替以及粒子的重结晶Ｈ Ｊ，使Ｎｉ晶各个晶 面的生长强度发生改变，晶粒细化，得到更均匀的 镀层． （ａ）纯Ｎｉ直流镀层；（ｂ）纯Ｎｉ脉冲镀层 （ｃ）直流复合镀层；（ｄ）脉冲复合镀层 图１ 脉冲和直流纯Ｎｉ和Ｎｉ—ＳｉＣ复合镀层 表面形貌（ＳＥＭ）图 ２．２镀层的应力 表２和图２分别给出了两种镀层宏观残余应 力数据和变化曲线，可以看出双脉冲镀层低于直 流镀层，这是因为双脉冲电沉积中关断时间有利 于应力的释放，双脉冲反向脉冲电流使镀层中夹 杂的氢发生氧化，可消除氢脆从而减小应力，但随 着ＳｉＣ粒子含量的增加应力也随之增大，即复合 镀层的应力大于纯镍镀层，其原因是ＳｉＣ颗粒嵌 入使得微粒附近的晶粒歪曲，晶格发生严重畸变 从而使Ｎｉ．ＳｉＣ复合镀层存在较高的内应力 引， ＳｉＣ粒子含量越多这种趋势越大． 苫／ｓ暗ａ日∞鼍Ｐｌ∞￡．６８善 ｓｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔ（％） 图２直流与脉冲镀层ＳｉＣ粒子含量 对宏观残余应力的影响 ２．３镀层的硬度 表３和图３分别给出了ＳｉＣ含量的改变对双 脉冲和直流Ｎｉ．ＳｉＣ复合镀层硬度的影响．可以看 出两种方法获得的复合镀层的硬度均高于纯Ｎｉ 镀层的硬度，且随着镀层中ＳｉＣ粒子含量的增加 而增大，两种方法相比较双脉冲方法可以更有效 地提高镀层的硬度．其原因在于：脉冲电镀主要是 利用电流（或电压）脉冲的张弛增加阴极的活化 极化和降低阴极的浓差极化，从而使镀层中粒子 的含量提高，整平细化晶粒，改善镀层的显微结 构，降低镀层内部的应力，减小镀层中晶粒 刮间 的孔洞，使得复合镀层的硬度大幅度提高，这也是 双脉冲镀层的硬度高于直流镀层的原因． 表３不同ＳｉＣ含量脉冲和直流复合镀层硬度 脉冲镀层 直流镀层 Ｈ，ｇ８ｃ Ｉ｛ 第１期 马明硕，等：脉冲电沉积Ｎｉ—ＳｉＣ复合镀层的组织形貌与性能研究 ８７ 含量约为１０．６％时脉冲镀层的硬度较直流镀层 可提高６．６％． 参考文献： 郭鹤桐，张三元．复合镀层［Ｍ３．天津：天津大学出 版社，１９９１． 向国朴，周恩彪．脉冲电镀Ｎｉ－ｃｏ合金的研究［Ｊ］． 电镀与涂饰，１９９４，１３（２）：１８．２１． Ｎ．ＩＢＬ．Ｓｏｍｅ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ｓｉｃ ｃｏｎｔｅｎｔ（％） 图３不同ＳｉＣ含量脉冲和直流复合镀层硬度 ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８０，８１：５１－５４． Ｎ．ＩＢＬ．Ｓｏｍｅ Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｕｌｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ ［Ｊ］．Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９８０，（１０）：８２－８３． ３结 论 ¨ １ｊｌ １Ｊ２ １Ｊ３ １Ｊ４ １Ｊ５ 刘仁志．影响镍镀层内应力的因素及排除方法［Ｊ］．６ １Ｊ １电镀与涂饰，７ ｊ ２００４，２３（５）：８ １Ｊ ６４．６７． １）双脉冲电沉积方法可以使镀层晶粒细小、 王红军．Ｆｅ—Ｎｉ—Ｐ合金镀层内应力研究［Ｊ］．湘潭矿 镀层表面更均匀、平整致密； 业学院学报，２００１，１６（２）：１９－２２． Ｗａｎｇ Ｆ，Ａｒａｉ Ｓ，Ｅｎｄｏ Ｍ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｃｋｅ－ｃａｒｂｏｎ ２）脉冲方法能够有效降低镀层的宏观残余 ｎａｎｏｆｉｂｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｂｙ ａ ｐｕｌｓｅ—－ｅｒｖｅｒｓｅ ｅｌｅｅｔｒｏｄｅｐｅｓｉ・－ 应力，当镀层中ＳｉＣ含量约为１０．６％时脉冲镀层 ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， 的宏观残余应力较直流镀层降低１９．５％ ２００５，７（７）：６７４－６７８． ３）双脉冲利用电流（或电压）脉冲的张弛增 Ｈｕ Ｆ，Ｃｈａｎ Ｋ Ｃ．Ｅｌｅｃｔｏｒｃｏｄｅｐｅｓｉｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｎｉ— 加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化，从而 ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｈａｐｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍｓ［Ｊ］． 得到硬度更高的复合镀层，同时当镀层中ＳｉＣ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００４，２３３（７）：１６３－１７１． Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｒｅｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ Ｎｉ—ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ＭＡ Ｍｉｎｇ—ｓｈｕｏ ，ＣＨＡＮＧ Ｌｉ．ｍｉｎ ，ＸＵ Ｌｉ （１．Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｊｉｌｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ １３２０２２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｅｎｖｉｏｒｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｊｉｌｉｎ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｉｐｉｎｇ １３６０００，Ｃｈｉｎａ；３．Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ Ｆａｃｔｏｒｙ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｊｉｌｉｎ ＰｅｔｒｏＣｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊｉｌｉｎ Ｃｉｔｙ １３２０２２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉ—ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＤＣ ａｎｄ ＰＲＣ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ Ｘ—ｒａｙ ｄｉｆｒａｃｔｉｏｎ（ＸＲＤ），ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ）．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｕｌｓｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｅｘｈｉｂｉｔ ｍｏｒｅ ｆｉｎｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｎａｄ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐａｃｔｅｄ ｓｍｏｏｔｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏａｔｉｎｇｓ．Ｗｈｅｎ ＳｉＣ ｃｏｎｔｅｎｔ ｗａｓ ａｂｏｕｔ １０．６％。ｔｈｅ ｍａｃｒｏ．ｒｅｓｉｄｕａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ＰＲＣ ｃｏａｔｉｎｇｓ ｗｅｒｅ １９．５％ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ＤＣ ｃｏａｔｉｎｇｓ，ａｎｄ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ６．６％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｕｌｓｅ；Ｎｉ—ＳｉＣ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏａｔｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｐｒｏｐｅｒｔｙ
