陳子波 韓寧 高爭

華北理工大學(xué) 冶金與能源學(xué)院

一、前言

電沉積復(fù)合鍍層是利用鍍液中的金屬離子在待鍍材料陰極鍍上一層金屬。從而顯著提高復(fù)合鍍層的耐蝕性、耐磨性、導(dǎo)電性等等。電沉積復(fù)合鍍層過程有操作簡單、工藝成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于表面工程、制備新材料等領(lǐng)域[1]。電沉積復(fù)合鍍層憑借他優(yōu)良的性能和簡易的制作方式廣泛受到關(guān)注，成為復(fù)合鍍層的研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[2]。而施加穩(wěn)恒磁場和改變電流密度會(huì)產(chǎn)生洛倫茲力，產(chǎn)生的洛倫茲力可以造成溶液擾動(dòng)[3]，從而對(duì)電沉積復(fù)合鍍層過程的陰極有很好的沖刷作用。陰極對(duì)抗磁性的微粒有排斥力，從而使微粒遠(yuǎn)離陰極表面，制得的鍍層微粒的含量增大，顯著提高了電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌和性能。本文列舉了施加穩(wěn)恒磁場和改變電流密度對(duì)復(fù)合鍍層性能的影響。

二、施加穩(wěn)恒磁場對(duì)復(fù)合鍍層性能影響

電沉積復(fù)合鍍層的過程中沒有施加磁場的情況下電沉積復(fù)合鍍層中合金顆粒含量增大[4-5]，制得復(fù)合鍍層的性能不佳。施加穩(wěn)恒磁場可以有效的改變復(fù)合鍍層性能并改變復(fù)合鍍層的表面形貌。惰性微粒是影響復(fù)合鍍層性能的關(guān)鍵因素之一。施加穩(wěn)恒磁場帶來的MHD效應(yīng)對(duì)電鍍液有攪拌作用，這種攪拌作用可以使惰性微粒分布更加均勻，來提高電沉積復(fù)合鍍層的性能。施加的穩(wěn)恒磁場有平行磁場、垂直磁場和梯度磁場。施加磁場。以下則是對(duì)施加不同種磁場對(duì)復(fù)合鍍層性能影響的介紹。

（一）施加平行磁場

施加平衡磁場即在電沉積復(fù)合鍍層過程中，使電流方向與磁場方向保持平行。通過T.Yamada[6]研究發(fā)現(xiàn)，在平行磁場下的電沉積會(huì)使鍍層呈現(xiàn)“蜂窩”狀分布。因而平行磁場的施加對(duì)電沉積復(fù)合鍍層表面形貌有顯著改善。平行磁場的加入會(huì)產(chǎn)生MHD效應(yīng)和磁化力。平行磁場的施加帶來的這兩種效益有益于電沉積船只過程和離子運(yùn)動(dòng)，從而提高鍍層的結(jié)合力、耐磨性等。

（二）施加垂直磁場

施加垂直磁場即在電沉積復(fù)合鍍層過程中，使電流方向和磁場方向保持垂直。在垂直磁場下，電沉積復(fù)合Fe-微米Si顆粒時(shí)，使微米Si顆?？梢猿尸F(xiàn)紋狀分布[7]。垂直磁場的加入會(huì)帶來MHD效應(yīng)，對(duì)電沉積復(fù)合鍍層有很好的改善作用[8]。

（三）施加梯度磁場

梯度磁場的施加則有在原本施加的磁場中加入可磁化材料，就會(huì)在電極附近產(chǎn)生梯度磁場。梯度磁場的作用則會(huì)使電沉積復(fù)合鍍層呈現(xiàn)“圓丘”狀排列。梯度磁場的施加帶來的磁場梯度力和磁場帶來的MHD效應(yīng)會(huì)使電沉積復(fù)合鍍層有定向排列的趨勢。因此，施加磁場會(huì)顯著提高電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌。

（四）電沉積復(fù)合鍍層施加磁場的優(yōu)勢

電沉積復(fù)合鍍層施加磁場制備復(fù)合鍍層有設(shè)備簡單、需要溫度低、成本小、方便控制等優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，制備的復(fù)合鍍層具有更好的表面形貌，也提高了金屬表面的耐蝕性、耐磨性、耐高溫等性能。通過馮秋元對(duì)施加磁場對(duì)電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的性能研究表明，施加磁場獲得的復(fù)合鍍層的晶粒更加細(xì)化，鍍層形貌更加光滑，并且具有更好的耐磨性、耐蝕性以及耐高溫的性能。

三、改變電流密度對(duì)復(fù)合鍍層性能影響

電流密度的改變帶來的洛倫茲力可以顯著提高電沉積復(fù)合鍍層致密性。合適的電流密度可以很好地改變復(fù)合鍍層的顯微組織。電流密度過高和過低都會(huì)對(duì)復(fù)合鍍層性能有不好的影響。過低的電流密度會(huì)使復(fù)合鍍層的結(jié)合力降低，過高的電流密度會(huì)使復(fù)合鍍層顆粒變大從而使致密性下降。因此改變電流密度達(dá)到對(duì)電沉積復(fù)合鍍層最合適的電流密度可以很好的改變鍍層表面顆粒，來提高致密性。電流和磁場的相互作用會(huì)誘導(dǎo)發(fā)生MHD效應(yīng)，可以提高鍍液的傳質(zhì)作用，顯著提高復(fù)合鍍層的表面形貌。

四、結(jié)語

1.單獨(dú)施加磁場和改變電流密度都可以很好的改善電沉積復(fù)合鍍層的表面形貌，二者相互作用也可以顯著改善其表面形貌。

2.施加不同類型的磁場對(duì)電沉積復(fù)合鍍層的影響是不同的，但都具有改變電沉積復(fù)合鍍層表面形貌的作用。目前在此方向研究尚未成熟，有很好的研究和未來應(yīng)用前景。