【導(dǎo)讀】提出了Cu-納米和Al2O3復(fù)合時(shí)所面臨的問題及其解決辦法。復(fù)合鍍的發(fā)展前景進(jìn)行了展望,并提出了有待深入研究的一些問題。沉積Cu-納米Al2O3復(fù)合鍍層的耐腐蝕性，硬度性能，地質(zhì)形貌等。層的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)用到人們的生活中。

　　

【正文】 硬度進(jìn)行檢測，在鍍層表面隨機(jī)選取五點(diǎn)進(jìn)行硬度檢測，試驗(yàn)載荷 100g，載荷保持 15s，卸除試樣力，然后測量壓痕對角線長度，并根據(jù)對角線查表，最后得硬度值，測量 5 次，求平均值即為式樣硬度。 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 22 Cu納米 Al2O3復(fù)合鍍層表面形貌觀察及物相分析 使用金相顯微儀對鍍層表面形貌進(jìn)行觀察，我們分別使用放大倍數(shù) 400,1000 觀察。使用 X 射線衍射儀對試樣進(jìn)行物相分析。 X 射線衍射測試在室溫條件下采用連續(xù)掃描 ， 掃描 角度 為 10— 90。 Cu納米 Al2O3復(fù)合鍍層耐腐蝕性能研 究實(shí)驗(yàn) 鍍銅因其一定的裝飾性在許多領(lǐng)域都有所應(yīng)用 ,但單一銅鍍層耐腐蝕能力較差 ,這促使人們開發(fā)、研究耐腐蝕性能較好的鍍銅合金的技術(shù)。我們來研究我們的樣品在酸，堿，鹽的環(huán)境中的腐蝕速率，來得出 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層在那種環(huán)境中的耐腐蝕性強(qiáng)。 將 試樣分別稱重，浸泡在純乙酸， 10%NaOH ， 10%H2SO4 中，每隔 12 小時(shí)取出，用蒸餾水清洗后，放在酒精中用清洗超聲波振蕩 5 分鐘，除去表面松散的腐蝕產(chǎn)物，用體積分?jǐn)?shù)為 10% H2SO4 處理鍍件進(jìn)行清除表面腐 蝕產(chǎn)物，最大限度降低銅再沉積到試件表面的可能，然后再用清洗超聲波振蕩 5 分鐘，后烘干，稱重，共稱 5次 ， 計(jì)算 鍍層 腐蝕 速率 ，腐 蝕單 位 為 g/m2 ? h1, 按 公式 計(jì)算 腐蝕 速 度 ：? ?21 /v m m st?? m1—— 腐蝕實(shí)驗(yàn)后鍍件質(zhì)量 g； m2—— 腐蝕實(shí)驗(yàn)前渡件質(zhì)量 g。； S—— 腐蝕試樣的表面積 m2 ； t 腐蝕的時(shí)間 h t 腐蝕介質(zhì)體積 /試樣工作面積為 20~200ml/cm2,測試過程中除稱重外，不得將試樣取出， 不得攪動(dòng)溶液。用分析天平稱量腐蝕前后的試樣質(zhì)量，用單位面積，單位時(shí)間內(nèi)試樣質(zhì)量的變化表示腐蝕性 。 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 23 第三章 結(jié)果與討論 分散劑種類和用量范圍的確定 根據(jù)我們試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下： 表：（懸浮高度單位為 mL, 硬度單位為 HV） 表 31 各種表面活性劑對納米 Al2O3 的懸浮性鍍層硬度影響表 添加量 種類 十六烷基三甲基溴化銨 硬度 懸浮 高度 46 十二烷基苯磺酸鈉 硬度 懸浮 高度 35 45 45 聚乙 二醇 硬度 懸浮高度 43 36 由表 22 可以得到以下活性劑對納米顆粒懸浮高度（ mL）影響圖和隨活性劑添加量變化硬度變化表： 懸浮高度 1— 十六烷基三甲基溴化銨懸浮高度； 懸浮高度 2— 十二烷基苯 磺酸鈉懸浮高度 懸浮高度 3— 聚乙二醇 6000 懸浮高度 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 24 30323436384042444648懸浮高度1 懸浮高度2 懸浮高度3 圖 31 表面活性劑對納米 Al2O3 顆粒懸浮高度（ mL）影響圖 十六烷基三甲基溴化銨硬度變化表050100150200250300350 圖 32 十六烷基三甲基溴化銨不同添加量對鍍層硬度（ HV）影響表 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 25 十二烷基苯磺酸鈉硬度變化表 050100150200250 圖 33 十二烷基苯磺酸鈉不同添加量對鍍層硬度（ HV）影響圖表 聚乙二醇硬度變化表 050100150200250300 圖 34 聚乙二醇不同添加量對鍍層硬度（ HV）影響圖表 十六烷基三甲基溴化銨為陽離子型表面活性劑，由于 Al2O3 納米顆粒吸附陽離子使其表面成正電性，剛加入少量陽離子表面活性劑，其包覆在 Al2O3 納米顆粒表面使蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 26 Al2O3 納米顆?？焖俪练e，由于沉積速度很 快，使得表面活性劑少量增加時(shí)沉積速度稍稍減慢，直到加入一定量的十六烷基三甲基溴化銨時(shí)，其電離出的陽離子將與 Al2O3納米顆粒產(chǎn)生靜電排斥作用，使其表面 ZETA 電勢的絕對值增加，因而有利于分散系穩(wěn)定，使 Al2O3 納米顆?？焖俪练e在鍍層表面，在十六烷基三甲基溴化銨達(dá)到一定量時(shí)靜電斥力與質(zhì)點(diǎn)間的范德華里平衡，表面吸附趨于穩(wěn)定， Al2O3 納米顆粒沉積速度趨于穩(wěn)定，故鍍層硬度變化如圖 32；十二烷基苯磺酸鈉屬于陰離子 型 表面活性劑，由于與異種電荷相互吸引發(fā)生電中和，是 ZETA 電勢的絕對值下降，只有在加入量增大時(shí)，陰離子 開始包裹 Al2O3 納米顆粒表面，電荷的增加引起了 ZETA 電勢的絕對值的增加，這時(shí)才有利于分散 Al2O3 納米顆粒懸浮開來，加入量達(dá)到極限值之后 Al2O3納米顆粒分散趨于穩(wěn)定，故鍍層硬度如圖 33 所示 。 對于聚乙二醇來說，它屬于非離子型表面活性劑，它對 Al2O3 納米顆粒懸浮性的影響主要是靠自身的分子間作用力，有較好的潤濕作用，其吸附在 Al2O3 納米顆粒表面，從而增加了空間位阻，起到了穩(wěn)定的作用，所以鍍層硬度趨于穩(wěn)定，但在其達(dá)到極限值時(shí)在鍍層形成一層憎水膜使Al2O3 納米顆粒沉積不在增加，得到鍍層硬度如圖 34。 根據(jù)試驗(yàn)的圖表數(shù)據(jù)表明，我們確定的表面活性劑是十二烷基苯磺酸鈉，采用的用量范圍是 (— )g/L,通過正交實(shí)驗(yàn)我們得知采用的 最優(yōu)組的 用量為 。 硬度分析及最優(yōu)工藝 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)得到 25 組標(biāo)準(zhǔn)樣，經(jīng)顯微 硬度機(jī)對鍍層的硬度進(jìn)行檢測得到 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 27 表 32 直流電沉積 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層正交實(shí)驗(yàn)及硬度表 因素 實(shí)驗(yàn) 溫度 /℃ 攪拌速度/rad? min 電流 /A 納米添 量/g 活性劑量 /g 硬度 / HV 1 12 150 10 171 2 12 240 15 3 12 330 20 4 12 420 25 5 12 500 30 6 18 150 20 7 18 240 25 8 18 330 30 9 18 420 10 10 18 500 15 11 26 150 30 12 26 240 10 13 26 330 15 14 26 420 20 15 26 550 25 16 32 150 15 17 32 240 20 18 32 330 25 291 19 32 420 30 20 32 550 10 21 40 150 25 22 40 240 30 23 40 330 10 24 40 420 15 25 40 550 20 綜合 表 32 得到正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 28 表 33 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 1125 Ⅳ 987 Ⅴ K1 K2 K3 225 K4 K5 R 根據(jù) 表 33 得到最佳工藝條件為： E1 A3 B2 C3 D4 ，即為：活性劑（十二烷基苯磺酸鈉）添加量為 ,溫度 24℃，轉(zhuǎn)速 240r/min,電流 ,納米 Al2O3 添加量 25g，按重要程度即為：活性劑 ? 溫度 ? 轉(zhuǎn)速 ? 電流 ? 納米 Al2O3 添加量。 按照上述工藝條件電沉積得到的 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層，質(zhì)地堅(jiān)硬，表面光滑，納米 Al2O3 分布均勻，有良好的性能，較佳的外觀。 另外，可以注意到 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層硬度在 200HV 左右，比純銅鍍層硬度60~90HV 有很大提高，從這個(gè)角度說明添加納米 Al2O3 可以提高鍍層的機(jī)械性能，使蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 29 其硬度提高了 2~3 倍。 照射金相 和 X 射線 及照片分析 金相圖分析 使用最佳工藝，制備標(biāo)準(zhǔn)樣，對其金相進(jìn)行觀察，得到以下圖： 圖 32 標(biāo)準(zhǔn)試樣放大 400 倍后的金相圖 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 30 圖 33 標(biāo)準(zhǔn)試樣放大 1000 倍后的金相圖 在高倍電鏡下觀察鍍層顯微形貌可以看出，納米 Al2O3（白色）能夠比較均勻地分布在 Cu 基體上，并且可以清楚看除微粒鑲嵌基質(zhì)中的細(xì)節(jié)情況，有些 Al2O3 顆粒幾乎全部鑲嵌到基質(zhì)金屬中，而有些 Al2O3 顆粒只有一部分嵌入到基體中，同時(shí)可以看到在鍍液 液流的沖擊下，微粒脫離陰極表面重新進(jìn)入鍍液而在鍍層表面留下的空穴。 由于加入表面活性劑我為十二烷基苯磺酸鈉，為陰離子型表面活性劑，在其他工藝條件下確定條件下，對十二烷基苯磺酸鈉，電離出的陰離子附著在納米 Al2O3 顆粒表面，是克服電廠力做的功增加，能夠吸附并沉積在陰極表面的顆粒尺寸受到一定限制，大尺寸顆粒難以沉積下來，但是其具有較好的潤濕性，鍍層表面光潔度，平整性好。 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 31 X 衍射圖分析 根據(jù)最佳工藝得到的數(shù)據(jù)，得出的試樣，并對其進(jìn)行 X 射線分析，得到的圖形如下： 圖 3— 4 標(biāo)準(zhǔn)樣 X 衍射圖 由 圖 34 可以看出 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層 仍屬于晶體結(jié)構(gòu)， 并且圖譜中 有三個(gè)強(qiáng)衍射峰， 不存在其它任何雜相峰， 鍍層主要成分還是 銅 。 衍射圖中無α — Al2O3 納米顆粒的衍射峰，但是根據(jù)硬度檢測結(jié)果說明鍍層中應(yīng)存在α — Al2O3 納米顆粒 ,圖中沒有α — Al2O3 納米顆粒的衍射峰可能是因?yàn)棣?— Al2O3 納米顆粒含量較少不足以產(chǎn)生 X 衍射峰。 耐腐蝕性能分析 對標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行全腐蝕，將 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍后的試樣分別稱重，浸泡在乙酸，10%NaOH ， 10%H2SO4 中，每隔 12 小時(shí)取出，清洗稱量。 得到以下圖表： 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 32 表 34 全腐蝕試驗(yàn)重量隨時(shí)間變化表 試劑 重量 /g 乙酸 10%NaOH 10%H2SO4 原始 1 2 3 4 5 經(jīng) 表 34 計(jì)算可得腐蝕速率，如下表 表 35 全腐蝕試驗(yàn)腐蝕速率 試劑 速率（ g/m2h1） 乙酸 10%NaOH 10%H2SO4 1 2 3 4 5 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 33 圖 35 腐蝕 速率隨時(shí)間變化圖 由圖 35 可以看出 Cu 納米 Al2O3 復(fù)合鍍層在乙酸中的腐蝕速率最大，在10%NaOH 次之，在 10%H2SO4 中最小。由于納米 Al2O3 為硬質(zhì)微粒，分散在鍍層中能有效的細(xì)化金屬晶粒以提高金屬的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，由表 33 可以看出 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層在 NaOH 和 NaOH 中的腐蝕速率很小，說明在酸，堿條件下 Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層有優(yōu)良的耐腐 蝕性能，而在有機(jī)酸作用下腐蝕速率也有明顯下降趨勢。 0 1 1 2 3 4 5 乙酸 g/m2 h 10% NaOHg/m2 h 10%H2SO4g/m2 h 蘭州理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 34 第四章 結(jié)論與展望 結(jié)論： 1. Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層 能良好的提鍍層的硬度，它及保存了銅的優(yōu)良特性，同時(shí)也提高了鍍層的性能。 ，表面活性劑的加入能夠良好的提高納米顆粒在鍍層中的分散效果，能讓顆粒均勻的分布于鍍層中，從而提高鍍層表面的平整度，進(jìn)而增加鍍層的性能。 3. Cu納米 Al2O3 復(fù)合鍍層 有很好的耐腐蝕能力，并且 乙酸中的腐蝕速率最大，在10%NaOH 次 之，在 10%H2SO4 中最小 發(fā)展前景 隨著納米科學(xué)的發(fā)展 ,人們對納米微粒性質(zhì)的認(rèn)識(shí)不斷深化 ,納米微粒具有很多獨(dú)特的物理及化學(xué)性能 ,包括表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)和一些奇異的光、電、磁性質(zhì) 。 將非水溶性的納米固體微粒加入到電鍍?nèi)芤褐? ,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(fù)合鍍層。該類鍍層具有比普通復(fù)合鍍層更優(yōu)異的性能 ,可大大提高鍍層的工作溫度、耐磨性、耐蝕性等 。因而納米復(fù)合電鍍技術(shù)已成為近年來國內(nèi)外競相研究的熱點(diǎn)。目前已制備出多種具有不 同功能的納米復(fù)合鍍層 ,并有部分工藝已應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。 納米微粒的加入 不僅能 能顯著提高復(fù)合鍍層的性能 , 能節(jié)省材料 ,減少污染 ,因而納米復(fù)合電鍍技術(shù)的研究與應(yīng)用有 廣闊的發(fā)展前景 。