纳米技术在电镀中 的应用.doc

纳米技术在电镀中的应用
（哈尔滨工业大学化学工程与工艺一班蓝卫1080720115）
摘要：随着高新技术的发展，纳米技术深入到生活的各个领域当中，与我们息息相关的电镀也不例外。本文主要探索纳米技术现在和将来在电镀中的应用，并展望其未来发展之路。
关键词：纳米，电镀，应用，发展。
1.介绍纳米技术
纳米技术的基本概念：纳米是一种长度单位，一纳米为百分之一毫米(即一毫微米)，为一米的十亿分之一，略等于4至5个原子排列起来的长度。它正好处于原子、分子为代表的微观世界和以人类活动空间为代表的宏观世界的中间地带，被称为纳米世界，也是物理、化学、材料、科学、生命科学以及信息科学发展的新领地。国际上把物质的粒径在100纳米以下的微小结构称为纳米结构，这类材料称为纳米材料。纳米材料中包含了若干个原子、分子，使得人们可以在原子层面上进行材料和器件的设计和制备。在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。而现在电镀大多是传统方法，随着市场对电镀镀层质量和各种特性要求的提高，纳米电镀也就成为未来电镀发展方向。
2.电镀中纳米技术的应用
纳米电镀可以分为电镀金属晶体颗粒类纳米电镀和外加纳米粉搅拌电镀两大类。
2.1电镀金属晶体颗粒类纳米电镀
这类电镀得到的镀层，晶体结构致密，镀层抗腐蚀能力强，这类电镀又由三种不同的方法得到:第一种是通过断流脉冲电源得到，第二种是通过添加剂得到，第三种是通过金属离子型晶体生长抑制剂。前两种方法只改变结晶方式，提高晶核的成核率，得到纳米级晶体颗粒镀层;通过金属离子型晶体生长抑制剂得到的镀层，除具有抗腐蚀能力强的特点之外，还具有轴承合金的特点，耐磨性优于单金属镀层。
2.2外加纳米粉搅拌电镀
这类电镀得到的镀层，是挟杂着纳米粉颗粒，镀层晶体包裹着纳米颗粒，这种镀层具有轴承合金的特点，耐磨性优于单金属镀层。
3.纳米电镀的原理和技术
根据蒋斌老师的说法，他把纳米电镀分成三个阶段:①悬浮于镀液中的纳米粒子,由镀液深处向阴极表面附近输送,主要动力是搅拌形成的动力场;②纳米粒子粘附于阴极表面,其动力学因素比较复杂,与粒子特性、电极基质金属、镀液成分、添加剂特性和电镀工艺条件有关;③纳米粒子被阴极上沉积的金属牢固地嵌入。
3.1纳米电镀沉积技术
电镀的基本原理就是在电场作用下,带电离子沉积在被镀物上,镀层质量与镀液中的离子浓度和工艺参数密切相关。随着工业生产自动化程度的日渐提高、工艺参数的选择及各种添加剂的合理使用,一种所谓纳米晶镀层结构已经得到实际应用,使得镀层的硬度、耐磨性有显著提高,光洁度和致密性得到改善,气孔率大幅度下降,出现“无气孔镀层”概念,这对于用于电接触材料的贵金属镀层有着重要意义。
3.2纳米复合电镀
复合镀层的研究始于20世纪80年代[3]。实践证明,在镀层中引入高度弥散的纳米粒子,构成所谓纳米复合镀层,其表面电接触特性会发生很大变化,并可按照设计要求实现功能性的改进。例如将Ni包覆SiO2纳米粒子引入Ni+P/Cu镀液中,SiO2含量为1g/L时镀层硬度可达HV600,经400℃、1h热处理后,镀层硬度可达HV900;同样引入Ni包覆Al2O3纳米粒子、SiC纳米粒子、金刚石粉纳米粒子等,在Ni/Cu镀层中,都能大幅度提高镀层硬度,使其具有优良的抗微动摩擦性能[4]。纳米粒子的引入方式和后工序加工及热处理工艺是纳米电镀的主要技术关键,前者保证复合镀层的制取,后者有助于进一步发挥复合镀层的最佳功能。
3.3生成纳米晶体颗粒的原理
【1】通过断流脉冲电源的作用生成纳米晶体的电镀
晶体的生长过程是由晶核形成，晶核生长成晶胞，晶胞生长成晶体的过程，在这过程中，如果电流不间断，晶体可以向所有空间生长，并不断地生成晶枝，使晶体间存在空穴，导致电镀生成的晶体不象热融后冷却生长的晶体。断流脉冲电源能在电流停止的时候，晶体也同时停止生长。在电流重新导通时，新的晶核又重形成。
【2】通过添加剂的作用生成纳米晶体的电镀
跟前论述的一样，在电镀过程中，晶体生长的过程是不变的。在电流不间断的条件下，晶体总是向纵向生长，及向晶枝长大的方向成长，使晶枝不断地长大，最终结果是晶枝之间的空穴很多，导致镀层的致密性差。添加剂的作用是添加剂本身吸收微观高电流密度点电了，抑制晶枝的生长，使新的晶核生成。金属离子型晶体生长抑制剂除具有上述的性能之外，它在这一个微观点上生成另外一种金属，使镀层里面均匀地分布着另外一种金属颗粒。这些金属可以根据镀层性能的需要来添加。
4.纳米电镀的未来和探索
随着高新技术的发展，我相信纳米技术在电镀中的应用将会越来越广泛，应用前景非常可观，他将会给我们的生活带来一个飞跃。作为哈工大化工学院的一名学生，我将致力于现在的理论知识的学习之中，为将来的科学研究奠定坚实的基础，也希