喷射电沉积多孔镍
第26卷 第6期Vo l 26 No 6材 料 科 学 与 工 程 学 报Jo urnal o f Mater ials Science &Eng ineer ing
总第116期Dec.2008
文章编号:1673 2812(2008)06 0869 05
喷射电沉积多孔镍
刘志东,王景丽,陈劲松,田宗军,黄因慧
(南京航空航天大学,江苏南京 210016)
摘 要 采用喷射电沉积方法,分别选择不同的电流密度、喷射流量和两极间距及电沉积时间进行试验,分
析了各试验参数变化对多孔镍形貌的影响规律,并用图形处理软件Imag eJ 对多孔镍的孔隙率和相对密度进行分析,找出了最佳试验参数。结果表明:适当大的电流密度、小的喷射流量、适中的喷射间距更有利于形成性能和形貌良好的多孔镍。
关键词 喷射电沉积;多孔镍;ImageJ 中图分类号:T G662 文献标识码:A
Experimental Research of Preparing Porous Metal Nickel
by Jet electrodeposition
LIU Zhi dong,WANG Jing li,CHEN Jin song,TIAN Zong jun,HUANG Yin hui
(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,C hina)
Abstract Do some ex periments by changing one o f ex per imental parameters that including cur rent density,
electro deposition speed,the distance betw een anode and cathode,and jetting time by jet electro deposition.A naly ze these par ameters'influence on the gr ow th of poro us nickel and o bt ain sediments'por osity and r elativ e density by ImageJ to find the optimal parameter.T he results sho w that hig her cur rent density,smaller electr odeposition speed,and medium jetting distance are beneficial to form po rous nickel with better per for mance and mor pho lo gy.
Key words jet electrodepositio n;por ous nickel;ImageJ
收稿日期:2008 01 24;修订日期:2008 03 11基金项目:国家自然科学基金资助项目(50575104)
作者简介:刘志东(1966-),男,副教授,博士。主要研究方向是特种加工及机电一体化。E mail:li utim@https://www.wendangku.net/doc/3d3536712.html,
1 前 言
泡沫金属或金属多孔材料,实际上是金属与气体的复合材料,正是由于这种特殊结构,使之既有金属的特性又有气泡特性。多孔金属材料具备多方面的特殊性能,既可作为许多场合的功能材料,也可作为结构材料。多孔镍是一种性能优异的新型功能结构材料,在多孔金属领域占据十分重要的地位。从某种意义上说,它把低密度、高孔隙率、高比表面积、高孔隙连通性和均匀性等人们期望的综合指标带入了多孔材料的巅峰状态。然而,目前国内外对多孔金属的研究对象主要是多孔铝[1],多孔镍的制备主要采用添加剂造孔和粉末烧结工艺[2]。这些工艺要么工序多、操作烦琐成本高,要么虽然可以批量生产但是性能较差。因此有必要对其制备工艺进行研究,以简化工艺、降低成本,从而获得高性能的、易于工业化的多孔镍制备技术。为此作者对喷射电沉积制备多孔金属镍工艺及试验参数对其性
能的影响进行了研究,确定了最佳试验参数范围,为进一步
的研究奠定基础。
2 试验过程
阳极材料为纯度99.9%的镍棒,用以补充电镀液中镍
离子的消耗,阴极为石墨,统一做成50mm !50mm !5mm 的块体。
电沉积前对阴极电极表面进行预处理。过程包括:洗涤、粗化、酸性除油等。粗化的目的是为了在阴极表面产生一定的粗糙度,以利于后续处理。首先用500目金相粗砂纸对石墨电极表面进行打磨,去除表面氧化层,然后分别用800目和1000目的细砂纸进行研磨。因为要考虑析氢,喷射电沉积制备多孔镍使用的电镀液浓度应比较低,pH 值也较小,以使电镀液偏酸性。其组成及试验条件如表1所示。 多孔镍的孔体积百分数即孔隙率 和相对密度 / s ( 是多孔镍的密度, s 是纯镍的理论密度)是表征其结构和性
能的重要参数[3]。
表1 电镀液的组成及试验条件
Table1 C omposition of electroplating bath and
experim ental condition
Compos ition of electroplating bath exp erimental con dition
NiS O4?6H2O150,200(g?L-1)
NiCl2?6H2O38(g?L-1)
Boric acid40(g?L-1)
pH 3.8~4.3 T em perature of electroplating bath50~60#C
首先拍摄不同试验参数条件下同一区域的照片,并转化为256阶灰度图(8 bit图),然后将256阶灰度图转变为仅有黑和白两种颜色构成的二值图,将多孔镍的孔洞转化为黑色,将基体金属转化为白色,最后利用图形处理软件ImageJ对图像进行运算,从而得到各试验参数下的孔隙率(即黑色部分所占的面积百分数)。以此近似得出各参数变化对孔隙率和相对密度的影响规律。
3 试验结果及分析
为了找出试验过程中各参数变化对沉积质量的影响规律,分别选取了不同的电流密度、喷射流量、两极间距和电沉积时间进行试验。两极间距的改变通过改变喷嘴与阴极间距来实现。分别选用扁平形喷嘴和圆形喷嘴进行了上述试验,发现其体现的规律基本相同。
3.1 电流密度对镍沉积物的影响
图1所示为喷射流量100L/h,扁平形喷嘴与阴极间距15mm,电沉积时间45min,外加电流密度分别为4.25 A/cm2,4.50A/cm2,4.75A/cm2和5.0A/cm2时得到的4个镍沉积物生长形貌图。
由图1可以看出,电流密度对多孔镍的生长形貌有着较大的影响。随电流密度的增大,其生长形貌逐渐变好。这是因为电流密度增大可以加快电沉积速度。但研究表明电流密度存在一定范围,如超出上限,沉积层可能会被?烧黑%或?烧焦%,如低于下限,则沉积不出多孔镍层。
另外,随着电流密度的增大,电极电位逐渐向负偏移[4],阴极过电位越大,可以稳定存在的微小晶体的临界尺寸越小,晶核越容易形成[5]。如果偶尔生长的晶核未达到临界尺寸,则它们就会很快被溶解。新晶粒总是在较高的过电位下产生。在高过电位下形成大量晶核,晶核变为晶粒粘结在一起形成结构致密的沉积层。
电流密度对孔隙率和相对密度的影响规律如图2所示。由图可知,随着电流密度的增大,孔隙率逐渐增加,相对密度逐渐变小。最大孔隙率为57%左右。这是因为电流密度较大时,沉积产物的生长形貌较好,枝晶之间形成的孔洞比较均匀、致密,
孔洞的尺寸较小。
(a)4.25A/cm
2
(b)4.50A/cm
2
(c)4.75A/cm
2
(d)5.0A/cm2
图1 扁平形喷嘴不同电流密度下的电沉积镍生长形貌
Fig.1 M orphology of porous Nick el under different curren t
density by u sing flat form
nozzle
图2 电流密度与孔隙率和相对密度的关系
Fig.2 Relation between cu rren t den sity to porosity,r elative dens ity 3.2 流量对镍沉积物的影响
图3所示为电流密度5.0A/cm2,圆形喷嘴与阴极间距15mm,电沉积时间45min,喷射流量分别100L/h,150L/h,200L/ h和250L/h时电沉积得到的4个镍沉积物生长形貌图。
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图3 圆形喷嘴不同喷射流量下的电沉积镍生长形貌(a)100L/h;(b)150L/h ;(c)200L/h;(d)250L/h
Fig.3 M orph ology of porous Nickel un der different electrolyte flux by usin g circular nozzle
由图3可以看出,喷射流量的变化即电镀液运动速度
的变化也会对多孔镍的生长形貌产生影响。喷射流量较小时,多孔镍比较致密,成柱状生长,结晶面比较平整。随着喷射流量的增大,多孔镍变得比较疏松,所得沉积物成为较为粗壮的开放型分叉状。分析认为:喷射流量较小时,阴极板各处的枝晶生长速度比较均匀,也较小,因此形成的沉积物比较均匀、致密。随着喷射流量的增大,阴极板各处的速度差异增大。快速生长的部分屏蔽了其他部分的生长,使得后续的粒子较难接触到被屏蔽的部分,因此沉积产物比较疏松。
喷射流量对孔隙率和相对密度的影响规律如图4所示。由图可知,喷射流量与孔隙率成正比与相对密度成反比。而多孔镍的相对密度越低,其耐热性、阻燃性和抗冲击性能越好[5]。因此为了得到具有良好性能的多孔镍,应
选
图4 喷射流量与孔隙率和相对密度的关系
Fig.4 Relation betw een electr olyte flux to porosity,relative density
取较小的喷射流量。
3.3 喷嘴与阴极间间距对镍沉积物的影响
图5所示为电流密度5.0A /cm 2,电沉积时间45min,圆形喷嘴的喷射流量100L /h,喷嘴与阴极间距分别10mm 、12.5mm 、15mm 、17.5mm 、和20mm 时得到的镍沉积物形貌图。
由图5可以看出,随着喷嘴与阴极间距的增加,多孔镍的生长形貌先变好后变差。分析认为,枝晶的生长过程受离子的沉积速度和喷射液柱对阴极板的冲击力两方面因素的制约。在喷射流量相同的条件下,当两者间距较小时,喷射液柱对阴极板的冲击作用较大,使得电镀液被反弹起,离子很难在阴极板停留并沉积下来。但在液柱的边缘部分冲击力的作用较小,所以可以有少量的离子沉积。随着两者间间距的增加,冲击力对枝晶形成的影响因素逐渐减弱,离子沉积速度的影响因素逐渐增加。离子较易在已沉积物上沉积下来,所以其生长形貌逐渐变好。当两者之间的间距增大到一定数值时,离子沉积速度的影响因素成为枝晶生长的主要因素。两者间距越大,其到达阴极板的粒子的移动速度越低。粒子移动速度越慢,内层生长点受外层生长粒子屏蔽效应就越明显,即随着粒子移动速度的减慢,粒子在内层生长点上生长的机会减少,粒子团簇变得疏松。所以沉积产物的形貌变差。
由于当喷嘴与阴极间距为10mm 时,沉积产物的生长形貌较差,对它的孔隙率分析意义不大。所以我们选取间距分别为12.5mm 、15mm 、17.5mm 、和20mm 时的沉积产物进行孔隙率和相对密度的分析。其特征曲线如图6所示。 与前述的分析规律相同,沉积产物的生长形貌越好则其孔隙率越大,相对密度越小。因此为了得到具有良好性能的多孔镍,其喷嘴与阴极板间的间距应选取16mm ~18.5mm 。
3.4 不同沉积时间对镍沉积物的影响
图7所示为电流密度5.0A/cm 2,圆形喷嘴与阴极间距15mm,喷嘴的喷射流量100L/h,电沉积时间分别为10min,
20min,30min,40min 和50min 时电沉积得到的5个多孔镍生长形貌图。
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871?第26卷第6期刘志东,等.喷射电沉积多孔镍
图5 圆形喷嘴不同间距下的电沉积镍生长形貌(a)10mm;(b)12.5m m;(c)15mm;
(d)17.5mm;(e)20mm
Fig.5 M orph ology of porous Nick el under differen t distan ce from nozz le to
cathode by usin g circular
nozzle
图6 喷嘴与阴极间距与孔隙率和相对密度的关系
Fig.6 Relation betw een distance from nozzle to
cathode to porosity,relative density
对电沉积不同阶段多孔镍生长形貌的研究可以比较具体地了解其生长过程。由图7可以看出,随着沉积时间的增加,沉积产物的高度逐渐增加,周边尺寸几乎没有变化。在沉积的初始阶段,其沉积形貌呈圆环体形,只在喷射液柱与阴极板接触的边缘部分有枝晶的生长。由流场有限元分析可知,由于喷射液柱对阴极板的碰撞,致使射流体头部出现压缩波,在液柱的中心处速度较小且速度梯度较大,枝晶很难生长[6];随着沉积时间的延续,离子在原有离子上进行沉积,由于阴阳极之间电场的作用其运动的主要方向是垂直于阴极板的方向,所以沉积产物的高度逐渐增大。但仍有少量的离子会向其它方向运动,因此沉积产物中间的孔洞逐渐减小。
喷射时间对孔隙率和相对密度影响规律如图8所示。随着喷射时间的进行,孔隙率和相对密度值的波动不大。对多孔镍形貌及性能产生影响的主要参数是电流密度、喷射流量和两极间间距。
综上所述,最佳的试验参数范围总结如表2所示。
表2 最佳试验参数范围
Table2 Optimum parameters
parameters optimun value
cu rrent 1.0A
Electrolyte flux50~100L/h
T he distance b etw een nozzle and cathode15mm~17.5mm
4 结 论
1.镍沉积物的生长形貌与电流密度成正比,与喷射流量呈反比。随着喷嘴与阴极极板间距的增大,沉积物生长形貌先变好后变差。沉积形貌越好,则其孔隙率越大,相对密度越小。
2.在试验参数中,喷射电沉积的电流密度、喷射流量和喷射间距对镍沉积层的表面形貌影响较大,适当大的电流密度、小的喷射流量、适中的喷射间距更有利于形成性能和形貌良好的泡沫金属。
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图7 圆形喷嘴不同沉积阶段电沉积镍生长形貌(a)10m in;(b)20min;(c)30min;
(d)40min;(e)50min
Fig.7 M orph ology of porous Nick el at differen t jetting tim e by usin g
cir cular
nozzle
图8 喷射时间与孔隙率及相对密度的关系
Fig.8 Relation betw een jetting time to porosity,relative d ensity
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第26卷第6期刘志东,等.喷射电沉积多孔镍
电沉积法制备多层泡沫铜_镍
电沉积法制备多层泡沫铜/镍 张秋利1,程艳坤2,周军1 (11西安建筑科技大学冶金工程学院,西安710055;21河北化工医药职业技术学院,石家庄 050026) 摘要:采用聚氨脂泡沫为基体,经预处理、化学镀、电沉积制备了均匀分布三维网状孔结构的高空隙率多层泡沫金属铜/镍。通过电子扫描电镜(SEM )观察了泡沫的形貌,并测定了多层泡沫材料的主要物理性能。 关键词:多层泡沫铜/镍;电沉积;制备 中图分类号:TB34;TQ153 文献标识码:A 文章编号:1007-7545(2009)01-0049-04 Preparation of the Multi 2layer Copper and Nickel Foam by Electrodeposition ZHAN G Qiu 2li 1,CH EN G Yan 2kun 2,ZHOU J un 1 (11Institute of Metallurgy Engineering ,Xi ’an University of Architecture and Technology ,Xi ’an 710055,China ; 21Hebei Chemical and Pharmaceutical Vocational Technology College ,Shijiazhuang 050026,China ) Abstract :The multi 2layer copper/nickel foam was prepared by t he elect rodepo sition met hods adopted t he polyuret hane as f rame foundation 1The foam is p rovided wit h a t hree 2dimension grid struct ure and high po 2ro sity 1The morp hology of foam was examined by scanning elect ron micro scope in synt hesis procedure 1The main p hysical characteristics of multi 2layer copper/nickel foam were determined 1K eyw ords :Multi 2layer copper/nickel ;Electrodepo sition ;Preparation 作者简介:张秋利(1973-),男,河北晋州人,硕士研究生1 多孔泡沫金属材料具有体积密度小、相对质量轻、比表面积大、力学性能高等特点,已成为一种新型的功能材料。由于其优异的物理、力学性能,且具有功能和结构的双重优势,多孔金属材料被广泛应用于冶金、机械、建筑、电化学、航空航天、海陆空武器装备、通信、能源等方面[1-4]。目前已有很多制备多孔金属的工艺方法,根据工艺技术的特点,可将多孔泡沫金属材料的制备方法分为三大类:即固态金属烧结法、液态金属凝固法和原子离子态金属沉积法[5-7]。金属电沉积技术以金属的离子态为起点,将金属电镀于开孔的聚合物泡沫基体上,然后除去聚合物而制得。该法制备的多孔泡沫金属具有空隙率高(80%～90%)、孔结构分布均匀、惯通,具有三维网络结构等特点,但多层泡沫金属材料的制备研究还未见报道,本研究采用金属电沉积技术制备多层泡沫铜/镍,将多种金属的优良性能复合,进而产生新的复合功能材料,并且测定其主要物理性能,推 动其应用。 1 试验原材料及方法 111 主要试剂与仪器 聚氨脂泡沫;KMnO 4、CrO 3、H 2SO 4、HCl 、SnCl 2?2H 2O 、CuSO 4?5H 2O 、C 10H 14O 8N 2Na 2、HC HO 等均为分析纯;PdCl 2溶液:用99199%的纯 金属钯溶解于王水中,加热蒸发近干除去硝酸,然后 用110%HCl 稀释而成;实验用水皆为一次蒸馏水。主要仪器有稳压稳流电源、数字多用电表、变阻器等。 112 试验及分析方法 多层泡沫铜/镍的制备工艺流程见图1。先将聚氨酯软泡沫放入除油剂溶液中除油,再依次经过粗化、敏化、活化、解胶、化学镀、电镀的过程就可以制得泡沫金属材料,然后将泡沫金属材料进行另一种金属的电镀,便可制得多层泡沫金属材料,并分别
多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展_倪似愚
多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备 纳米线的研究进展 倪似愚1郑国渠2曹华珍2郑华均2张九渊2 (1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江杭州310032) 摘要:多孔阳极氧化铝为模板制备纳米结构材料具有独特的优越性,颇受人们的关注,近年来获得了深入的研究.介绍了以多孔阳极氧化铝为模板采用电化学沉积方法制备各种有序纳米线阵列结构材料的最新研究进展,其中包括多孔氧化铝模板的制备和电沉积制备纳米材料的工艺及方法,同时展望了纳米线作为功能材料的应用前景. 关键词:金属材料;模板;多孔氧化铝;纳米线;电沉积 中图分类号:TG174.451文献标识码:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04 Research development of nano-wires fabrication by electrochemical deposition into porous anodic alumina NI Si-yu1Z HE NG Guo-qu2C AO Hua-zheng2Z HE NG Hua-jun2Z HANG Jiu-yuan2 (1.Shanghai Ins ti tute of Ceramics,Chanese Acade my of Sciences,Shanghai200050,China; 2.Ins ti tute of Material Science and Engineering,Zhejiang Uni versity of Technology,Hangz hou310032,China) Abstract:Alumina template-synthesized nanostructured mater ial has uniq ue property,which is very attractive and has been re-searched deeply in recent years.In this paper,the latest research progress in the fabrication of various ordeded nano-wire arrays materials by electrodeposi ting into template-porous anodic aluminum,includi ng the preparation of alumina-template,electrochemical technology process and methods,is reviewed.the application prospects of nano-wire for functional materials are also discussed. Key words:metal material;template;porous alu mina;nano-wire;electrodeposition 0前言 自1970年G.E.Possin首次提出利用多孔膜作为模板制备纳米纤维材料以来[1],利用模板法已制备了一系列的纳米结构材料.由于模板合成法制备纳米结构材料具有独特的优点[2]而引起了凝聚态物理界、化学界及材料科学界科学家们的关注,近年来成为纳米材料研究的一个热点.用作模板的材料主要有两种:一种是径迹蚀刻(track-etch)聚合物膜;另一种是多孔阳极氧化铝膜.相对于聚合物模板,氧化铝模板具有较好的化学稳定性、热稳定性和绝缘性,且采用阳极氧化法生长的有序纳米多孔氧化铝膜制备纳米材料,方法简单、可行性强.当然,模板在制备过程中仅起到模具作用,纳米材料仍然要利用常规的化学反应来制备,如电化学沉积[3,4]、化学镀[5]、溶胶-凝胶沉积[6]、化学气相沉积法[7]等.电化学沉积作为一种传统的材料制备方法,其优点是显而易见的:1工艺简单,技术灵活,容易控制金属离子的沉积量,便于实现工业化生 Vol.19No.6 Nov.2003 科技通报 B ULLETIN OF SCIENCE AND TE C HNOLOGY 第19卷第6期 2003年11月 收稿日期:2002-11-11 基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(501071) 作者简介:倪似愚,女,1976年生,安徽淮南人,博士研究生.
电沉积镍钴纳米合金的制备及性能_迟玉中
第22卷 第3期 2007年9月 V ol.22 No. 3 Sep. 2007 收稿日期：2006-10-23；修回日期：2007-04-12 基金项目：天津科技大学自然科学基金资助项目（20040225）作者简介：迟玉中（1971—），男，河北邯郸人，讲师，硕士. 电沉积镍钴纳米合金的制备及性能 迟玉中，刘雁红，王新庄 （天津科技大学理学院，天津300457） 摘 要：采用直流电沉积方法在镀液中加入有机添加剂制备出镍钴纳米合金镀层．采用扫描电镜分析了镀层的微观形貌及晶粒尺寸，研究了电流密度、pH 等工艺条件以及有机添加剂和稀土钐对镀层中钴含量的影响，采用加热实验法测定了镀层的结合力．实验结果表明，镀层表面致密、平整，结合性能优良． 关键词：电沉积；镍钴纳米合金；有机添加剂；稀土 中图分类号：TQ153.2 文献标识码：A 文章编号：1672-6510（2007）03-0040-04 Preparation and Properties of Electrodeposited Ni -Co Nanocrystalline Alloys CHI Yu -zhong, LIU Yan -hong，WANG Xin -zhuang （College of Science, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457,China ） Abstract ：Electrodeposited of nickel -cobalt nanocrystalline alloys were obtained by direct current with addition of organic additives in the bath under. Morphology and grain size of alloys were analysed by SEM. The effect of current density, pH value,organic additives and rare earth samarium on cobalt content were studied, the adhesion of the film were tested by heating. The test results show that the nickel -cobalt film obtained has fine and leveled surface and good adhension. Keywords ：electrodeposition；Ni -Co nanocrystalline alloys；organic additives；rare earth 镍钴合金镀层具有亮白色金属外观，硬度高，有良好的耐磨性、耐蚀性和化学稳定性[1]，因此，该镀层可广泛用作防护装饰性镀层．目前的研究主要针对镍钴合金镀层的结构、电催化性和磁学特性．如姚素薇[2]等人研究发现镍钴合金镀层结构主要受钴含量的影响，当镀层中钴含量（质量分数）在76％以下时，镀层由两种面心结构的两种固溶体组成；钴含量在76％~ 90％时，面心立方结构的钴发生同位素异构转变，成为六方密排结构，此时镀层由面心立方和六方密排两种结构的固溶体组成；当镀层中钴含量高于 90％时， 仅存在一种以钴为溶剂的六方密排结构固溶体．1984年Spasojevic 等研究了以钛和铁作基体制备的镍钴合金镀层，发现镍钴合金镀层具有极高的电催化活性[3]，比纯钛电极其析氢电势可降低500 mV ．在铝合金基体上，电镀高钴含量的镍钴合金广泛用作计算机的磁鼓和磁盘的表面磁性镀层，以达到体积小、重量轻和存储密度大的要求[4] ． 本文研究了目前没有引起足够重视，但是对镀层 的性能影响较大的因素，如电流密度、 pH 等工艺条 件，并且研究了对镍钴合金中镀层的晶粒尺寸影响很大，目前很少研究的添加剂，如糖精、十二烷基硫酸钠、稀土等，通过控制添加剂的加入量，制备出镍钴纳米合金． 1 材料与方法 1.1 实验材料 阳极为纯石墨，阴极为1cm 2的紫铜片． 1.2 镀液基本成分与工艺条件 1.2.1 镀液基本成分（g ·L -1 ） NiSO 4· 6H 2O 142；CoSO 4·6H 2O 20；H 3BO 3 30；糖精 1~4；十二烷基硫酸钠 0.8． 1.2.2 工艺条件 镀液pH 1.0~7.0；镀液温度 45~50℃；电流密度10~70mA/cm 2．
电沉积镍(电流密度)
学号14091700375 题目：镍电沉积实验 作者XX级别2009 级 系别化学化工专业化学师范指导教师XXX 完成时间2012 年6 月1日
创新性实验——镍电沉积实验 摘要：电沉积镍的效果与溶液中镍离子的浓度、添加剂与缓冲剂的种类和浓度、pH、温度及所使用的电流密度、搅拌情况等因素有关。本实验通过研究5～10 A/dm2电流密度范围内的电流效率，发现当电流密度为8.3 A/dm2左右时，电沉积镍的电流效率最高，达到66.9%。 关键词：电沉积镍；电流密度；电流效率 Abstract Electrodeposition of nickel depend on the nickel ion concentration in the solution, the type and concentration of additives and buffer, pH, temperature and the use of current density, agitation and other factors. Through the study of 5～10 A/dm2 current density within the current efficiency, found that when the current density is about 8.3A/dm2, nickel electrodeposition current efficiency is the highest, reaching 66.9%. Keywords：Electrodeposition of nickel；Current density；Current efficiency 前言 电沉积镍，可以改变基底表面的特性，改善基底材料的外观、耐腐蚀性和耐磨损性。 电沉积镍过程的主要反应为： 阴极：Ni 2+ + 2e = Ni 阳极：Ni +2e = Ni2+ 溶液中镍离子的浓度、添加剂与缓冲剂的种类和浓度、pH、温度及所使用的电流密度、搅拌情况等都能够影响电沉积的效果。研究这些因素对电沉积镍的影响，可以找到电沉积镍的最佳工艺条件。不但具有很好的理论意义，更对将来应用于实际生产有很大的帮助。本实验重点研究了电流密度这一因素对电沉积镍的影响。 一、实验部分 1、实验目的 1）．熟悉电沉积的基本操作与原理。 2）．试验并了解添加剂糖精、苯亚磺酸钠、镍光亮剂XNF和十二烷基硫酸钠对电沉积光亮镍的影响。 电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具有所需形态和性能
镍的摩擦辅助喷射电沉积过程及沉积效率
第 23 卷第 6 期中国有色金属学报 2013 年 6 月 V ol.23 No.6 The Chinese Journal of Nonferrous Metals June 2013 文章编号：1004-0609(2013)06-1618-08 镍的摩擦辅助喷射电沉积过程及沉积效率 朱 军 1,2 ，田宗军 1, 2 ，沈理达 1,2 ，刘志东 1,2 ，黄因慧 1, 2 ，王桂峰 2 (1. 南京航空航天大学 江苏省精密与微细制造技术重点实验室，南京 210016； 2. 南京航空航天大学 机电工程学院，南京 210016) 摘 要：分别使用传统喷射电沉积和摩擦辅助喷射电沉积技术制备一组不同沉积时间的镍沉积层，并采用非接触 式表面三维形貌仪对其表面形貌进行观察，采用XRD分析沉积层的晶粒大小和织构随沉积时间的变化，用TEM 观察沉积层组织机构的不同，通过沉积层的厚度分析对两种方法的沉积效率和稳定性进行比较。结果表明：传统 喷射电沉积镍层随着沉积时间的增加表面逐渐变得粗糙，沉积时间由20 min增加至120 min时，粗糙度R a 值由 212nm增加至282nm，而摩擦辅助喷射电沉积镍层可以始终保持光亮平整，R a 值由最初的228nm逐渐减小，并 最终稳定在 171 nm 左右；摩擦辅助装置的加入对喷射电沉积效率影响很小，但使沉积的均匀性和稳定性得以提 高；同时，该装置细化晶粒，使平均晶粒大小由15.6nm减少至10.9 nm。 关键词：镍；喷射电沉积；摩擦；微观结构；沉积效率 中图分类号：TG662；TQ153 文献标志码：A Process and deposition efficiency of nickel by friction aided jet electrodeposition ZHU Jun 1, 2 , TIAN Zong-jun 1, 2 , SHEN Li-da 1, 2 , LIU Zhi-dong 1, 2 , HUANG Yin-hui 1, 2 , W ANG Gui-feng 2 (1. Jiangsu Key Laboratory of Precision and Micro-manufacturing Technology, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China? 2. College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China) Abstract: Nickel deposition layers were prepared by traditional jet electrodeposition and the new friction aided jet electrodeposition technique,respectively. Their surface micrograph，diameter of crystal grain and organizational structure were studied by non-contact three-dimensional surface topography instrument, XRD and TEM. The deposition efficiency and stability of the two methods were compared through thickness analysis of the deposition layers. The results show that the surface of traditional jet electrodeposited nickel layer gradually becomes rough with the deposition time increasing from 20 min to 120 min and R a increasing from 212 nm to 282 nm. Contrarily, the friction aided jet electrodeposited nickel layer can always maintain bright and smooth, and R a decreases from 228 nm to 171 nm. By friction aided device, little effect happens on the efficiency of jet electrodeposition, but the deposition uniformity and stability can be improved. And by the device, the average grain size decreases from 15.6nm to 10.9nm. Key words:nickel?jet electrodeposition?friction?microstructure?deposition efficiency 喷射电沉积技术由于具有较高的可用电流密度成 为国内外的研究热点，其沉积速度为普通电沉积的几 十倍甚至上百倍，在快速成型、块体纳米晶金属制备 及修复再制造方面都表现出广阔的前景 [1?3] 。研究表 基金项目：国家自然科学基金(青年基金)资助项目(51105204)；教育部博士点基金资助项目(20113218120022)；南京航空航天大学青年科技创新基 金资助项目(NS2011009) 收稿日期：2012-09-03；修订日期：2012-12-06 通信作者：田宗军，教授，博士；电话：025-84892520；E-mail: tianzj@https://www.wendangku.net/doc/3d3536712.html,
电沉积镍镀层的制备及性能测试
电沉积镍镀层的制备及性能测试 1.1 电沉积镍镀层的制备 一、实验目的 1、掌握电沉积制备金属合金的工艺； 2、熟悉电沉积溶液配制方法； 3、熟悉检测涂层结合力的方法。 二、实验原理 电沉积是金属或合金从其化合物水溶液、非水溶液或熔盐中电化学沉积的过程，制备的金属涂层具有厚度均匀，结合力强等优点，工艺设备简单，需要电源、输电系统及辅助电极。利用电沉积的方法制备镍金属镀层，制备过程包括试样前处理、溶液配制、沉积涂层等步骤。 三、实验设备及用品 1、多口恒温水浴锅，电镀电源 2、镍盐，还原剂，络合剂，光亮剂 3、氨水、氢氧化钠、磷酸钠、磷酸、碳酸钠 4、45钢试样 5、水砂纸、金相砂纸、玻璃板、PH值试纸 6、烧杯、镊子、吹风机，刮刀 四、实验内容及方法 1、溶液配制 将已经配制好的镍盐，还原剂，络合剂，光亮剂按一定顺序配制，方法如下：将量好的还原剂放入盛镍盐的烧杯内，然后依次加入络合剂，光亮剂，测试溶液的PH值，然后用氨水调节溶液PH值至4.5~5，然后用蒸馏水加至所需的溶液体积。 2、样品制备 2.1将碳钢片切割成50mm×25mm×2mm 尺寸，然后抛光: 800# 砂纸进行打磨,
用抛光机对其抛光, 以去除表面缺陷。 2.2超声波清洗：室温下用丙酮清洗10min。 2.3 碱洗：50g/L NaOH, 40g/L Na2CO3, 10g/L Na3PO4·12H2O, 温度55～65℃, 时间10min。 2.4 水洗：用去离子水快速地清洗, 防止在空气中停留时间过长形成氧化膜而影响施镀。 2.5 酸洗：酸洗是为了除去金属表面的氧化物、嵌入试样表面的污垢以及附着的冷加工屑等。600ml /L H3PO4 ( 85%), 2ml /L HNO3, 室温下清洗10min。 2.6水洗: 同2.4。 2.7活化：活化是为了进一步除去表面的氧化物和酸洗后沉积在表面的残留物, 380mL/L HF( 40%), 室温, 10～15min。 2.8电沉积镍镀层：温度60℃，阳极采用不锈钢片，阴极采用碳钢片，时间30min 2.9水洗烘干。 3、结合力实验 采用刮刀实验检测涂层结合力大小，将刮刀用力在涂层表面划过，如果涂层出现脱皮现象，表明结合力，如果涂层没有出现脱皮现象，表明结合力良好。 五、实验报告要求 1、简述电沉积镍镀层溶液的配制过程； 2、简述电沉积镍镀层涂层的制备过程； 3、写出在实验中所发现的问题和体会。
超声功率对喷射电沉积 Ni 镀层组织及硬度的影响
２０１６年 ８月 第３０卷第４期装甲兵工程学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｇ． ２０１６Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４ 文章编号：１６７２－１４９７（２０１６）０４－００９４－０４ 超声功率对喷射电沉积Ｎｉ镀层 组织及硬度的影响 吴 迪１，宋金琳２，兰 龙１，何好斌 ３（１．装甲兵工程学院装备维修与再制造工程系，北京１０００７２；２．江苏省电机工程学会，江苏南京２１００２４； ３．石家庄机械化步兵学院一大队，河北石家庄０５０２００）摘 要：采用自行设计的超声辅助喷射电沉积实验装置，在不同超声功率条件下制备了纯Ｎｉ镀层，表征了镀层的表面形貌、显微组织结构，计算了晶粒尺寸和镀层的硬度，并对超声波功率影响镀层的组织和硬度的机理进行了分析。结果表明：小功率（９０～１８０Ｗ）超声波对镀层表面质量的改善不明显，甚至会使之恶化；超声波功率在２７０～３６０Ｗ范围内时，随超声波功率的增大，镀层表面更加平整，晶粒尺寸更加细小，显微硬度提高；超声波的加载使镀层中纳米孪晶数量显著减少。 关键词：超声波功率；喷射电沉积；Ｎｉ镀层组织；硬度 中图分类号：ＴＢ３３１；ＴＢ５５９；ＴＱ１５３．１＋ ２ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－１４９７．２０１６．０４．０１９ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＰｏｗｅｒｏｎｔｈｅＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＨａｒｄｎｅｓｓｏｆＮｉＣｏａｔｉｎｇＯｂｔａｉｎｅｄｂｙＪｅｔＥｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ＷＵＤｉ１，ＳＯＮＧＪｉｎ－ｌｉｎ２，ＬＡＮＬｏｎｇ１，ＨＥＨａｏ－ｂｉｎ３ （１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅａｎｄＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００２４，Ｃｈｉｎａ； ３．ＣｏｍｐａｎｙＮｏ畅１，ＳｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇＭｅｃｈａｎｉｚｅｄＩｎｆａｎｔｒｙＡｃａｄｅｍｙ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０２００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｃｏａｔｉｎｇｉｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｓｓｉｓｔｅｄｊｅｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ，ｔｈｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｕｌｔｒａ－ｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｏｎｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｉｓｓｍａｌｌ（９０１８０Ｗ），ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏａｔ－ｉｎｇｉｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ，ａｎｄｅｖｅｎｍａｋｅｉｔｗｏｒｓｅ；ｗｈｅｎｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒｉｓｓｔｒｏｎｇ（２７０３６０Ｗ），ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒ，ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｓｂｅｃｏｍｅｓｍｏｏｔｈｅｒ，ｔｈｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｉｓｅｖｅｎｓｍａｌｌｅｒ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓｈｏｗｓａｌｓｏｔｈａｔｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｔｗｉｎｃｒｙｓｔａｌｏｆｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｉｓｒｅｄｕｃｅｄｕｎｄｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒ；ｊｅｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｎｉｃｏａｔｉｎｇｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｈａｒｄｎｅｓｓ 收稿日期：２０１６０１１７基金项目：军队科研计划项目 作者简介：吴 迪（１９７９），男，博士研究生。 超声辅助喷射电沉积技术能够提高电沉积速率 和镀层的质量。与普通的刷镀和电镀相比，超声辅 助喷射电沉积具有沉积效率高、沉积速度快和利于 工件精确成形等优点，且镀层硬度高、耐磨性和耐腐 蚀性良好［１］ ，能更好地满足装备再制造中对武器装备的修复要求。将超声波与喷射电沉积技术相结合，既可将超声加载于基体试样，在基体试样表面进行喷射电沉积［２］，也可直接将超声波作用于喷射的
多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备纳米线的研究进展解析
Vol.19No.6Nov.2003 科技通报 BULLETINOFSCIENCEANDTECHNOLOGY 第19卷第6期 2003年11月 多孔阳极氧化铝为模板电沉积制备 纳米线的研究进展 倪似愚郑国渠曹华珍郑华均 1 2 2 2 2 (1.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海200050;2.浙江工业大学材料科学与工程研究所,浙江310032) 摘要:,究.,其景. 关键词:金属材料;;电沉积 451:A文章编号:1001-7119(2003)06-0466-04 Researchdevelopmentofnano2wiresfabricationbyelectrochemical depositionintoporousanodicalumina NISi2yu ZHENGGuo2qu CAOHua2zheng ZHENGHua2jun ZHANGJiu2yuan (1.ShanghaiInstituteofCeramics,ChaneseAcademyofSciences,Shanghai200050,China; 2.InstituteofMaterialScienceandEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzho u310032,China) 2 2 2 2 Abstract:Aluminatemplate2synthesizednanostructuredmaterialhasuniqueproperty,which isveryattractiveandhasbeenre2searcheddeeplyinrecentyears.Inthispaper,thelatestresearch progressinthefabricationofvariousordedednano2wirearraysmaterialsbyelectrodepositingi ntotemplate2porousanodicaluminum,includingthepreparationofalumina2template,electr ochemicaltechnologyprocessandmethods,isreviewed.theapplicationprospectsofnano2wir
电沉积纳米材料
电沉积纳米材料 ——读屠振密《电沉积纳米晶材料技术》电化学是物理化学的一个重要组成部分，主要研究电能和化学能之间的相互转化以及转化过程中的有关规律。 电沉积是电化学必不可分的一部分，它是一种电化学过程，也是氧化—还原过程，它研究的重点是“阴极沉积”。电沉积是在含有被镀离子的水溶液中通以电流，使带正电荷的阳离子在阴极上放电，于是得到膜层。 电沉积基底通常为水溶液，如硅线沉积普鲁士蓝，也有非水溶液和熔融盐，在电沉积的溶液中，加入适宜的结晶化表面活性剂是非常必要的，这有利于得到晶粒细化的纳米晶结构。同时可采用适当高的电流密度。随着电流密度的增加，电极上的过电势升高，使形核的驱动力增加，沉积层的晶粒尺寸减少。不过，如果电流密度增大而阴极附近 电解液中消耗的沉积离子来不及得到补充，则反而会使晶粒尺寸增大。或采用有机添加剂。一方面，添加剂分子吸附在沉积表面的活性部位，可抑制晶体的生长。另一方面，析出原子的扩散也被吸附的有机添加剂分子所抑制，较少到达生长点，从而优先形成新的晶核。此外，有机添加剂还能提高电沉积的过电势。以上这些作用都可细化沉积层的晶粒。 近年来，纳米技术日渐兴起，电沉积纳米材料可获得比普通材料更优良的结果，电沉积纳米镀层是在镀液中加入纳米微粒，通过与金
属共沉积获得镀层。将纳米微粒应用在电沉积及电刷镀中，可获得比普通复合镀层更高的硬度、耐磨性、减摩性、耐蚀性和润湿性等优异的特性，使复合镀层的功能性得到大幅度的提高。 电刷镀是电沉积的一种，研究和应用的时间还比较短，对纳米复合电刷镀的沉积机理尚缺乏深入的研究，从目前的研究成果可推测纳米复合电刷镀沉积过程和纳米复合镀有些相类似，大致如下：①镀液中的纳米微粒和金属离子在镀笔的流体力学作用下，被传送到阴极及表面附近的流体边界层。②金属离子和纳米微粒在电场和扩散作用下穿过扩散层到达电极表面。③金属离子在阴极表面吸附、获得电子、到达晶格生长点，而嵌入晶格；同时纳米微粒在阴极表面通过静电吸附或特性吸附或机械滞留，其中部分和金属作用较强者被金属包裹，即形成纳米复合镀层；还有部分纳米微粒则被镀笔从阴极带走。④金属离子和纳米微粒均在大电流密度下断续沉积，镀笔的运动对纳米微粒有一定的选择和均匀分布效应。例如，电沉积镍基合金纳米微晶磁性材料，具有十分优异的性能，如高磁导率，低损耗，高饱和磁化强度等，现在已用于开关电源、传感器和变压器等。纳米微晶磁性材料有利于实现小型化、轻量化及多功能化，故发展迅速。以铁为基的Fe-Ni纳米合金，能进一步改善高温磁性。 电沉积纳米材料的性能优异，广泛应用于生产生活中。 在化工方面，催化是纳米超微粒子应用的重要领域之一，利用纳米微粒高比表面积和高活性，可以显著地增进催化效率，目前已作为第四代催化剂进行研究和开发，它在燃料化学、催化化学中起着十分
镍电沉积及镀层的结构与性能的测试--开题报告
开题报告 镍电沉积及镀层的结构与性能的测试——电沉积工艺条件―Hull槽试验及镀层的 结构与性能的测试 开题报告 一、课题的名称：镍电沉积及镀层的结构与性能的测试 二、课题的目的和意义： 目的： 1．熟悉Hull 槽试验的基本原理、实验操作和结果分析。 2．试验并了解添加剂糖精、苯亚磺酸钠、镍光亮剂XNF 和十二烷基硫酸钠对电沉积光亮
镍的影响。 意义： 不锈钢具有良好的耐蚀性,但不锈钢硬度较低,表面强度低,耐磨性差,摩擦因数较大,在碰撞或者磨损环境中工作时,易发生局部损伤和表面钝化膜受损而导致局部腐蚀。所以为了提高不锈钢的耐磨性和耐蚀性,常对其表面进行处理，通过对不锈钢表面镀镍来改善材料的外观、耐腐蚀性和耐磨损性性能结构。 三、镍电沉积及镀层的特点及国内外研究现状： 镍具有银白色(略呈黄色)金属光泽，具有铁磁性，密度为8.9，原子量为58.71，标准电极电位为一0.25伏。镍具有很强的钝化能力，在空气中能迅速地形成一层极薄的钝化膜，使其保持经久不变的光泽。常温下，镍能很好地防止大气、水、碱液的浸蚀。在碱、盐和有机酸中很稳定，在硫酸和盐酸中溶解很慢，易溶于稀硝酸。 由于镍的硬度较高(HV 240-500)，所以镍层可以提高制品表面硬度，并使其具有较好的耐磨性。镍是铁族元素，属于电化学极化较大的元素，当电解时能产生较大的极化作用，即使在很小的电流密度下，也会产生显著的极化作用。因此，镀镍与镀锌、镀铜不同，它不需要特殊添加剂。因为电沉积镍时有较大的极化作用，所以在强酸性介质中，根本不可能把它沉积出来，只能使用弱酸性电解液。 化学镀镍技术具有悠久的历史,但其技术的广泛运用还是在近期。化学镀镍的发展史是化学镀发展的重要组成部分。在1947年美国国家标准局A.Brenner和G.Riddell提出了沉积非粉末状镍的方法,并弄清楚了形成镀层的催化特性,奠定了化学镀镍技术的基础。化学镀镍技术的最早工业应用是1955年在美国通用运输公司(GATC)在系统研究该技术后建立的第一条生产线。早期化学镀镍技术的应用极少,直到70年代末化学镀镍技术才被大规模地运用到工业中。为了满足复杂的工况、获得更多的性能,近年来又发展起来了化学复合镀镍技术。化学镀镍技术的核心是镀液的组成及性能,所以化学镀镍发展史中最值得注意的是镀液本身的进步。20世纪60年代前后,由于化学知识贫乏,只有中磷镀液配方,镀液不稳定(往往只能稳定数小时),工艺落后。70年代后出现了络合剂、稳定剂等多种添加剂,经过大量的实验研究、筛选、复配以后,新发展的镀液均采用“双铬合”或“双铬合、双稳定、双促进”配方,极大地提高了镀液的稳定性,镀速加快,大幅度增加了镀液对亚磷酸根的容忍性、目前,化学镀液均已商品化,根据用户要求有各种性能化学镀的开缸及补加浓缩液的出售,施镀过程中只需要按消耗的主盐、还原剂、PH调节剂及适量添加剂进行补充,使用十分方便。 在化学镀镍溶液质量提高的基础上,化学镀镍生产线的装备和技术发展迅速,逐渐从小槽
电化学沉积
金属电沉积理论 一.研究概况 在电化学中,金属的电化学沉积学是一种最古老的学科。在电场的作用下，金属的电沉积发生在电极和电解质溶液的界面上，沉积过程含有相的形成现象。 首先，在金属的电化学沉积实验的研究时间要追溯到19世纪，并且在引进能产生直流电的电源以后，电镀很快成为一种重要的技术。电镀被用来制造各种不同的装饰性和功能性的产品，尽管在开始的早期，电镀技术的发展和应用建立是在经验的基础上。 金属电沉积的基本原理就是关于成核和结晶生长的问题。1878年，Gibbs在他的著名的不同体系的相平衡研究中，建立了成核和结晶生长的基本原理和概念。20世纪初，Volmer、Kossel、Stransko、Kaischew、Becker和Doring用统计学和分子运动模拟改进了基本原理和概念。按照这些早期的理论，成核步骤不仅要求一个新的三维晶体成核，而且完美单晶表面的层状二维生长。对于结晶理论的一个重要改进是由Avrrami提出的结晶动力学，他认为在成核和生长过程中有成核中心的重复碰撞和相互交迭。在1949年，Frank提出在低的过饱和状态下的一个单一晶面成长会呈螺旋状生长。Cabrera和Frank等考虑到在成长过程中吸附原子的表面表面扩散作用，完善了螺旋成核机理。 20世纪二三十年代，Max、V olmer等人对电化学结晶进行了更为广泛的基础研究。Erday-gruz和Volmer是第一次认识到过饱和度与过电位，稳态电流密度和由电荷转移引起的电结晶过电位之间的关系。 20世纪三四十年代，Finch和他的同事做了大量的关于多晶电化学沉积的实验，研究了决定结晶趋向与金属薄膜的组织结构的主要因素。在这一时期，Gorbunova还研究了底层金属与电解质溶液组成对电结晶过程的影响，并发现了由于有有机添加剂的吸附作用可能导致金属晶须的生长。 1945年，Kaischew对电结晶理论做了重大改进。考虑到单一晶体表面上金属原子的结合和分开的频率，可利用分子运动学模拟电化学结晶过程。这项工作对电结晶理论的发展有着重大的影响。 20世纪50年代是在电化学结晶理论与实验技术取得重大进步的阶段。Fincher等人完成在实际的电镀体系中抑制剂对电结晶成核与生长的影响的系统研究，并按照其微观结构和形态对金属电沉积进行了分类。Piontell等人对基体的取向作用和在金属沉积系统中同向和异向的金属沉积的阴离子的特性进行了进一步的研究。Kardos、Kaischew等人利用新的实验技术证实Volmer`s的三维形核的正确性。Wranglen，Vermilyea等人对结晶树枝状生长进行了深入的研究，提出了新的电化学结晶的理论模型。 20世纪60年代初，Flischman和Thirsh发展了在电结晶状态下多重成核与生长的一般
镍电沉积实验
镍电沉积实验 （一）电沉积工艺条件—Hull 槽 试验
1．熟悉Hull槽试验的基本原理、实验操作和结果分析。2．试验并了解添加剂糖精、苯亚磺酸钠、镍光亮剂XNF和十二烷基硫酸钠对电沉积光亮镍的影响。 电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具有所需形态和性能的金属沉积层的过程。传统上电沉积金属的目的，一般是改变基底表面的特性，改善基底材料的外观、耐腐蚀性和耐磨损性。现在,电沉积这一古老而又年轻的技术正日益发挥着其重要作用,已广泛应用于制备半导体、磁膜材料、催化材料、纳米材料等功能性材料和微机电加工领域中。
电沉积过程中，由外部电源提供的电流通过镀液中两个电极（阴极和阳极）形成闭合的回路。当电解液中有电流通过时，在阴极上发生金属离子的还原反应，同时在阳极上发生金属的氧化（可溶性阳极）或溶液中某些化学物种(如水)的氧化（不溶性阳极）。其反应可一般地表示为： 阴极反应：M n++n e=M（1） 副反应：2H++2e=H 2 (酸性镀液)（2） 2H 2O+2e=H 2 +2OH-(碱性镀液)（3） 当镀液中有添加剂时，添加剂也可能在阴极上反应。阳极反应：M–n e=M n+（可溶性阳极）（4） 或2 H 2O –4 e = O 2 + 4 H+ (不溶性阳极，酸性) （5）
镀液组成（金属离子、导电盐、配合剂及添加剂的种类和浓度）和电沉积的电流密度、镀液pH值和温度甚至镀液的搅拌形式等因素对沉积层的结构和性能都有很大的影响。确定镀液组成和沉积条件，使我们能够电镀出具有所要求的物理-化学性质的沉积层，是电沉积研究的主要目的之一。 镍电沉积层在防护装饰性和功能性方面都有广泛的应用。大量的金属或合金镀层如Cr、Au及其合金、Sn及其合金、枪黑色Sn-Ni合金、CdSe合金等都是在光亮的镍镀层上电沉积进行的。在低碳钢、锌铸件上沉积镍，可保护基体材料不受腐蚀，并可通过抛光或直接电沉积光亮镍达到装饰的目的。在被磨损的、腐蚀的或加工过度的零件上进行局部电镀镍，可对零件进行修复。在电沉积镍过程中用金刚石、碳化硅等刚性粒子或聚
扫描喷射电沉积制备多孔金属镍
２０１０年Ｓ月电镀与环保第３０卷第３期（总第１７３期）?１７? 扫描喷射电沉积制备多孔金属镍 ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＰｏｒｏｕｓ ＭｅｔａｌＮｉｃｋｅｌｂｙＳｃａｎｎｉｎｇＪｅｔ—ＥＩｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ 曹银风，黄因慧，田宗军，刘志东，杨成博 （南京航空航天大学机电学院，江苏南京２１００１６） ＣＡＯＹｉｎ－ｆｅｎｇ，ＨＵＡＮＧＹｉｎ－ｈｕｉ，ＴＩＡＮＺｏｎｇ－ｊｎｉｌ，ＬＩＵＺｈｉ－ｄｏｎｇ，ＹＡＮＧＣｈｅｎｇ－ｂｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） 摘要：采用扫描喷射电沉积制备具有一定厚度、孔隙率较高、组织较均匀的多孔金属镍；并研究了在不同扫描速率、喷嘴高度等实验条件下，多孔金属镍电沉积生长的行为特性；最后应甩图形处理坎件ＩｍａｇｅＪ时多孔金属镍的孔隙率务相对密度进行分析，得到了最佳实验参数。结果表明：采用扫描速率为４ｍｍ／ｓ时，孔隙结构相当完善ｆ当喷嘴高度为６ｍｍ时，孔隙率和相时密度比较适中。 关键词：喷射电沉积；多孔金属镍；扫描速率；孔隙率 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｏｒｏｕｓｍｅｔａｌｎｉｃｋｅｌｗｉｔｈｃｅｒｔａｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｈｉｇｈｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｊｅｔ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｇｒｏｗｔｈｏｆｐｏｒｏｕｓｍｅｔａｌｎｉｃｋｅｌｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄｓａｎｄｎｏｚｚｌｅｈｅｉｇｈｔｓ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙａｎｄｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｒｏｕｓｎｉｃｋｅｌｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅＩｍａｇｅＪ，ａｎｄｔｈｅｂｅｓｔｔｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｆｏｕｎｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｑｕｉｔｅｐｅｒｆｅｃｔｗｈｅｎｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓ４ｍｍ／ｓ；ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｐｏｒｏｓｉｔｙａｒｅｍｏｒｅｍｏｄｅｒａｔｅｗｈｅｎｎｏｚｚｌｅｈｅｉｇｈｔｉｓ６ｍｍ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｊｅｔ－ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｐｏｒｏｕｓｍｅｔａｌｎｉｃｋｅｌ；ｓｃａｎｎｉｎｇｓｐｅｅｄ；ｐｏｒｏｓｉｔｙ 中图分类号：ＴＱ１５３文献标识码：Ａ文章编号：１０００—４７４２（２０１０）０３一００１７一０４ ０前言 近２０多年来，多孔金属的研究和开发都十分活跃，它是多孔材料的一个重要的组成部分，也是材料研究的重要课题。作为结构材料，多孔金属具有轻质、高比强度等特点；作为功能材料，多孔金属具有多孔、减震、阻尼、吸音、隔音、散热、吸收冲击能、电磁屏蔽等多种物理性能。针对目前多孔金属制备方法普遍存在的工艺复杂、成本较高等缺点［１］，本文提出了一种在常温、常压下制备具有一定厚度、孔隙率高、组织均匀的多孔金属新方法。通过对该方法的基本原理及工艺的深入研究，使之成为一种新型的多孔金属制备方法。本文以镍金属为实验材料，探索喷射电沉积制备多孔金属镍过程中，扫描速率和喷嘴高度对沉积多孔金属镍的影响。 ｌ实验 １．１喷射电沉积的原理与装置 ＤＬＡ模型是ＷｉｔｔｅｎＴＡ和ＳａｎｄｅｒＬＭ‘幻于基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５７５１０４）１９８１年提出的，用于描述分形生长的机制。该模型是用来模拟单个凝聚体的分形生长，它是一个特殊的微粒系统。图１（ａ）为利用基于ＤＬＡ思想的喷射电沉积枝晶分形生长的模型模拟的结果；图１（ｂ）为采用窄缝喷嘴定点喷射电沉积制备的二维枝晶。可以看出：两者具有很好的相似性，都得到了分形的枝晶结构。这表明喷射电沉积中枝晶的分形凝聚过程可以使用此模型进行正确表述ｆ－３｜。定点喷射电沉积所制备的多孔状分形枝晶，为喷射电沉积制备多孔金属提供了理论依据。 （ａ）（ｂ） 图１金属镍枝晶 在喷射电沉积时，当实际使用的电流密度接近极限电流密度时，浓差极化过电位会急剧增大，此时 吸附离子在电极表面上扩散相当困难，活性生长点 万方数据