納米粒子在電鍍中的應用第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四隨著高新技術的發展，納米技術深入到生活的各個領域當中，與我們息息相關的電鍍也不例外。本次主要探索納米技術在電鍍中的應用，并展望其未來發展之路。第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四1.介紹納米技術納米技術的基本概念：納米是一種長度單位，為一米的十億分之一，略等于4至5個原子排列起來的長度。它正好處于原子、分子為代表的微觀世界和以人類活動空間為代表的宏觀世界的中間地帶，被稱為納米世界，也是物理、化學、材料、科學、生命科學以及信息科學發展的新領地。國際上把物質的粒徑在100納米以下的微小結構稱為納米結構，這類材料稱為納米材料。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四納米材料的性質納米材料高度的彌散性和大量的界面為原子提供了短程擴散途徑，導致了高擴散率，它對蠕變，超塑性有顯著，并使有限固溶體的固溶性增強、燒結溫度降低、化學活性增大、耐腐蝕性增強。與傳統晶體材料相比，納米材料具有高強度——硬度、高擴散性、高塑性——韌性、低密度、低彈性模量、高電阻、高比熱、高熱膨脹系數、低熱導率、強軟磁性能。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.納米電鍍的原理和技術2.1納米電鍍沉積技術電鍍的基本原理就是在電場作用下,帶電離子沉積在被鍍物上,鍍層質量與鍍液中的離子濃度和工藝參數密切相關。隨著工業生產自動化程度的日漸提高、工藝參數的選擇及各種添加劑的合理使用,一種所謂納米晶鍍層結構已經得到實際應用,使得鍍層的硬度、耐磨性有顯著提高,光潔度和致密性得到改善,氣孔率大幅度下降,出現“無氣孔鍍層”概念,這對于用于電接觸材料的貴金屬鍍層有著重要意義。第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四2.2納米復合電鍍復合鍍層的研究始于20世紀80年代。實踐證明,在鍍層中引入高度彌散的納米粒子,構成所謂納米復合鍍層,其表面電接觸特性會發生很大變化,并可按照設計要求實現功能性的改進。納米粒子的引入方式和后工序加工及熱處理工藝是納米電鍍的主要技術關鍵,前者保證復合鍍層的制取,后者有助于進一步發揮復合鍍層的最佳功能。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四3.電鍍中納米技術的分類納米電鍍可以分為電鍍金屬晶體顆粒類納米電鍍和外加納米粉攪拌電鍍兩大類。3.1電鍍金屬晶體顆粒類納米電鍍這類電鍍得到的鍍層，晶體結構致密，鍍層抗腐蝕能力強。3.2外加納米粉攪拌電鍍這類電鍍得到的鍍層，是挾雜著納米粉顆粒，鍍層晶體包裹著納米顆粒，這種鍍層具有軸承合金的特點，耐磨性優于單金屬鍍層。。第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四4.納米粒子的特性可供納米電鍍的納米粒子，應具有以下點：(1)作為復合鍍層強化支點的納米粒子，自身必須具有較高的硬度，如金剛石粉、Ti02、2r02、SiC、AIN等都已在生產中獲得應用。(2)作為具有特殊功能（如自潤滑功能、自愈合功能）的鍍層的添加劑，應該選用通過實驗證明其能夠造就此項特殊功能的納米粒子。第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四(3)用于復合電鍍的納米粒子化學性能必須穩定，在生產工藝過程中和允許使用的溫度范圍內，不發生熱分解，不與周邊物質發生化學反應，基本不發生晶形轉變等。(4)首選市場易購且價格低廉、采用現有的工藝方法能夠批量生產和定期保存而不發生團聚、結塊、霉變等現象的納米粒子。(5)復合電鍍用納米粒子一般呈球形或多面體形。(6)所選納米粒子適合本廠工藝特點，經過預處理后與鍍層金屬有一定的親合力。第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四5.納米電鍍的強化機理(1)低摩擦效應復合鍍層中納米粒子的含量，針對不同的電接觸組件，對應不同的最佳含量，可獲得最小的摩擦系數。例如在Ni-P-SiC體系中只有當SiC的體積分數為0.04～0.05時，復合鍍層才具有最佳的滑動摩擦性能；而且Ni-P-SiC體系較Ni-P-AIz03體系具有更小的摩擦系數。第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四(2)彌散強化效應復合鍍層中由于高硬度納米粒子的引入，提高了整體的硬度和耐磨性。例如：Ni-P-SiC復合鍍層的顯微硬度較Ni-P鍍層提高了5倍；而具有納米粒子的Ni-P-SiC復合鍍層較Ni-P鍍層的顯微硬度提高了15倍以上。這是由于納米復合鍍層中單位表面積內納米粒子數在同等體積份數的情況下，較普通復合鍍層有大幅度增加。彌散強化效應作為納米材料強化的基本特征，使納米復合鍍層的硬度和耐磨性得到提高是必然的。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四6.納米復合電鍍將非水溶性的納米固體微粒加入到電鍍溶液中，在電鍍過程中使其與主體金屬共沉積在基材上得到的鍍層即為納米復合鍍層。與普通復合鍍層相比，這類鍍層具有更優異的性能，因而制備納米復合鍍層已經成為近年來國內外競相研究的熱點。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四制備納米復合鍍層可以提高金屬或合金耐磨損耐擦損和抗蠕變的性能，提高耐腐蝕性，高溫強度和高溫抗氧化性，作為干性自潤滑鍍層，電接觸功能的復合鍍層等第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四7.電沉積納米復合鍍層7.1高硬度耐磨性納米復合鍍層高硬度耐磨性納米復合鍍層是在基體鍍層中加入硬度較高的納米級金剛石，碳化硅或二氧化硅等微粒，這些微粒分散在鍍層中能提高鍍層的硬度磨性，并且能有效地細化金屬晶粒。第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四7.2耐腐蝕性納米復合鍍層在鎳基等鍍液中加入納米微粒Al2O3等，用電沉積方法制備的納米復合鍍層具有優異的耐腐蝕性能。第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四7.3光催化活性納米復合鍍層粉末狀光催化劑存在分離與回收的問題，使其應用受到了限制。用電沉積方法制備納米復合鍍層將光催化劑粉末固載化，是提高其催化活性和效率的有效方法之一。第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四7.4耐高溫納米復合鍍層將納米陶瓷微粒等應用在耐高溫的復合鍍層中，能有效地提高鍍層的抗高溫性能。由于納米ZrO2等微粒的存在，復合鍍層的納米尺寸更加穩定，使復合鍍層具有更高的高溫強度和高溫抗氧化性能。第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四8.納米復合電鍍的影響因素微粒表面電荷微粒濃度微粒大小電流密度溫度pH值攪拌方法及強度等第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四9.實例9.1具有催化功能的納米復合鍍層TiO2光催化劑在紫外線照射下降解有機污染物被證實是一種非常有效的方法。但過去都是用熱氧化法制備TiO2光催化劑,因其溫度過高,TiO2與金屬的膨脹系數不同,會給金屬表面的催化膜造成不良的影響。TiO2納米膠狀懸浮液有很高的表面分散值,因此,在液相中表現出高的光催化活性。第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四ZhouM等人通過電沉積方法成功獲得具有光催化活性的Ni2TiO2(50nm)納米復合材料,并與傳統的Ni2TiO2光催化膜進行比較,發現前者表現出更高的光催化活性,而且不用經過光催化修復過程。第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四9.2高硬度、耐磨、耐腐蝕的納米復合鍍層此類復合鍍層就是在基體中加入硬度較高的Al2O3和金剛石等硬質納米微粒,這些微粒彌散在鍍層中能有效地細化金屬晶粒以提高金屬的機械性能。Al2O3納米微粒具有極高的硬度,將其加入到鍍液中,可以使鍍層位錯密度提高,從而顯著增強鍍層的機械性能,而且對于穩定鍍層結構非常有效。第21頁，共23頁，2023年，2月20日，星期四納米尺度的α-Al2O3具有良好的耐酸、堿性,并且經過特殊表面處理后可成為帶電的復合氧化鋁納米微粒。國內阿波羅機電技術開發公司自主開發了Ni2Al2O3納米復合鍍層。經測定,該鍍層的耐蝕性比鎳層提高兩級,耐磨性提高近1000倍,硬度也提