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《超臨界電鑄鎳基納米氧化鋁復(fù)合電鑄層的研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、超臨界電鑄鎳基納米氧化鋁復(fù)合電鑄層的研究第一章緒論1.1復(fù)合電鑄技術(shù)1.1.1電鑄技術(shù)的含義電鑄技術(shù)是采用金屬電沉積工藝，對(duì)形狀特殊、尺寸精度及表面粗糙度要求極高的型面進(jìn)行復(fù)制，或者對(duì)用常規(guī)加工技術(shù)難以制造的金屬制品進(jìn)行加工的一種特殊制造工藝，一般分原型的設(shè)計(jì)與制作、電鑄前處理、電鑄、電鑄后處理四個(gè)過程。電鑄與電鍍均基于金屬電沉積技術(shù)，屬于應(yīng)用電化學(xué)的同一個(gè)分支，兩者既有聯(lián)系又有區(qū)別。電鑄與電鍍工藝原理相同，所用設(shè)備和工藝流程也基本相同，但它們金屬電沉積層的厚度和內(nèi)應(yīng)力、工藝過程目的、可電鑄/電鍍的金屬數(shù)量不同。通常，
2、將基于電沉積技術(shù)所得電沉積層厚度超過0.1nm時(shí)的工藝叫做電鑄，所得電沉積層厚度小于0.1nm時(shí)的工藝叫做電鍍；一般，電鑄中的金屬電沉積層內(nèi)應(yīng)力應(yīng)當(dāng)較低，在1000MPa以下，這是由于內(nèi)應(yīng)力隨著電沉積層的增厚而產(chǎn)生的累積會(huì)使得鑄層變形等影響了其應(yīng)用。電鍍所得鍍層由于較薄，則金屬電沉積層的內(nèi)應(yīng)力在理論上可以較高，達(dá)到200MPa以上；考慮到電沉積層厚度與內(nèi)應(yīng)力大小的影響關(guān)系，能進(jìn)行電鑄的金屬/合金可以電鍍，能電鍍的金屬/合金則不一定可以電鑄，即可以電鑄的金屬/合金數(shù)量少于可以電鍍的金屬/合金；兩者工藝過程的目的，電鑄是為
3、了得到一定特定性能的金屬制品零件，電沉積層是體現(xiàn)產(chǎn)品性能的主體。電鍍是為了改變零件表面的性能，零件是體現(xiàn)產(chǎn)品性能的主題，而非電沉積層，電沉積層是為了使零件表面在特定的應(yīng)用過程中呈現(xiàn)出特定的物理、化學(xué)或其他性能[1]。復(fù)合電鍍是在普通的鍍液中添加不溶性的固體顆粒，并使之在鍍液中充分懸浮，或者采取必要的措施將微粒合理地置配于基體表面，在金屬離子陰極還原的同時(shí)，得以將微粒包覆使之進(jìn)入鍍層中的過程。這種夾雜著固體微粒的特殊鍍層就是復(fù)合鍍層。這種鍍層基本上是由兩類物質(zhì)組成的：一類是通過陰極還原而形成鍍層的那種金屬，可稱為基質(zhì)金屬
4、；另一類則是不溶性的固體微粒。1.1.2電鑄技術(shù)的沉積機(jī)理大量文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，微粒與金屬的復(fù)合共沉積可以分為以下三個(gè)過程1萬方數(shù)據(jù)青海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文[2-4]。（1）鍍液中的微粒隨著攪拌的進(jìn)行移向陰極表面。懸浮在鍍液中的微粒，從鍍液深處被輸送到陰極表面附近。在這一步驟中，陰極的排布狀況和形狀以及對(duì)鍍液的攪拌方式與強(qiáng)度大小等都起著關(guān)鍵性的作用。（2）微粒粘附在陰極表面。在這一過程中只要是影響微粒與電極間相互作用力的各種因素對(duì)這種粘附均有影響。它不僅和進(jìn)行電鍍的操作條件、鍍液的成分和性能相關(guān)，而且與微粒和電極的特
5、性也有關(guān)系。（3）粘附的微粒被已還原的基質(zhì)金屬嵌合，得到需要的復(fù)合鍍層。粘附在電極上的微粒只有延續(xù)并超過一定的時(shí)間（極限時(shí)間），才有可能被電沉積的金屬所嵌合。這一過程不僅與金屬電沉積的速度、微粒的附著力相關(guān)，還與粘附在陰極表面上的微粒受流動(dòng)溶液的沖擊力等因素相關(guān)。通常，當(dāng)微粒周圍金屬的厚度大于微粒粒徑的一半，這時(shí)可以認(rèn)為微粒已被基質(zhì)金屬嵌合。微粒能夠進(jìn)入電鍍層主要是受電場(chǎng)、電解液和微粒的流體動(dòng)力場(chǎng)、濃度場(chǎng)以及和金屬晶體生長(zhǎng)的生長(zhǎng)表面間極其復(fù)雜的相互影響的結(jié)果。1.1.3與復(fù)合電鑄有關(guān)的模型（1）兩步吸附模型1972年，
6、Guglielmi[5]立基于電化學(xué)原理，提出了兩步吸附機(jī)理，以探討金屬與微粒的共沉積過程，他認(rèn)為復(fù)合電鍍過程分為弱吸附和強(qiáng)吸附兩個(gè)步驟，這兩個(gè)步驟順次進(jìn)行。弱吸附是指與懸浮于乳化液中微粒處于平衡狀態(tài)的攜有溶劑分子膜和離子的微粒吸附于陰極表面的過程，強(qiáng)吸附是指處于弱吸附的陰極表面微粒脫去溶劑化膜和離子，直接與陰極表面接觸進(jìn)行電化學(xué)吸附的過程。強(qiáng)吸附過程的速度影響控制著整個(gè)電沉積過程的速度。處于弱吸附的微粒含量較多，但其中只有較少量可以轉(zhuǎn)化為強(qiáng)吸附，并隨著金屬電沉積的進(jìn)行逐漸嵌入已生成的鍍層中。為了反映陰極過電位、鍍液里
7、微粒添加量、鍍層中微粒沉積含量的相互關(guān)系，Guglielmi推理得出兩步吸附機(jī)理基本方程式，見公式（1-1）。??1-avcv?WJ0?A?B???1??e?cv?（1-1）avnF?m?0?K?式中，（1-av）為復(fù)合鍍層中微粒的體積分?jǐn)?shù)，av為復(fù)合鍍層中金屬的體積分?jǐn)?shù)，cv為鍍液中微粒的體積分?jǐn)?shù)，W為金屬的原子量，J0為交換電流密度，n-1為金屬離子獲得電子的數(shù)目，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，值為96485.3383±0.0083C·mol，代表每摩爾電子攜帶的電荷，ρm為金屬的密度，υ0為常數(shù)，陰極過電位為0且微粒弱吸附覆蓋
8、度為1時(shí)微粒的強(qiáng)吸附速度，A為常數(shù)，反映溶液界面與電極間電2萬方數(shù)據(jù)超臨界電鑄鎳基納米氧化鋁復(fù)合電鑄層的研究場(chǎng)對(duì)金屬電鍍的影響程度，B為常數(shù)，反映溶液界面與電極間電場(chǎng)對(duì)微粒強(qiáng)吸附的影響程度，η為過電位（平衡電位與極化電位之差），K為平衡常數(shù)，與電極和微粒間相互作的強(qiáng)度相關(guān)。但當(dāng)應(yīng)用于粒徑稍大(1μm以上)的微粒時(shí)，此兩步吸附模型則
