将非水溶性的纳米固体微粒加入到电镀溶液中，在电镀过程中使其与主体金属共沉积在基材上，得到的镀层即为纳米复合镀层。近年来使用较多的是纳米碳化硅（SiC）二氧化钛（TiO2）等。就在刚刚结束的2016国际表面精饰联盟理事会议上，欧洲表面技术研究会执委、来自奥地利乐镀有限公司的W.E.G. Hansal博士发表特邀报告，内容主要涉及基于通过脉冲电镀获得纳米晶，探讨多功能镀层系统的制备可行性及其应用，并且认为加入粒子获得的分散镀层硬度和耐磨性比纯纳米晶镀层更好且更稳定。
二、什么是纳米
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。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。
三、纳米镀层的优点
该类镀层具有比普通复合镀层更优异的性能，可大大提高镀层的工作温度、
耐磨性、耐蚀性等。因而纳米复合电镀技术已成为近年来国内外竞相研究的热点。目前已制备出多种具有不同功能的纳米复合镀层，并有部分工艺已应用到生产实践中。采用纳米级混合颗粒，在金属表面形成高致密度，结合力强的电沉积复合镀层。复合镀层显微硬度能大幅度提高，耐磨性提高2-3倍，使用寿命提高3-5倍，镀层与基体的结合力提高40％，覆盖能力强、镀层均匀、平滑、细致。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重要方向。
四、为什么说纳米复合镀层是我们电镀未来发展的重点领域
其实在近三十年来，作为科学研究热点，来自碳家族的材料明星辈出，包括碳纤维、碳60、金刚石、碳纳米管、石墨烯、碳化硅等都是当下的研究热门。
日前，美国加州大学洛杉矶分校研究小组最新研制出一种超高强度，且非常轻的金属材料，他们使用一种新方法分散和稳定纳米微粒进入熔化状态的镁。这种新型金属材料是加入密集分散型纳米碳化硅微粒的镁，它可用于制造轻型飞机、太空飞船和汽车，有助于提高燃料效率，同时还可用于手机电子和生物医学设备制造领域。
（上图为纳米微粒分散在熔化镁金属中排列状态）
该研究项目负责人李晓春和美国加州大学洛杉矶分校制造工程系雷声·查尔(Raythe-onChair)指出，纳米微粒能够在不损坏其可塑性的前提下，真实提高金属强度，尤其是像镁这样的轻重量金属，但是迄今为止没有研究小组能够将陶瓷纳米微粒分散在熔化金属中。这一种新的方法增强金属性能结构金属是一种承载金属，它用于建筑业和汽车制造。镁仅是铝密度的2/3，是最轻的结构金属。碳化硅是一种超硬陶瓷材料，通常用于制造工业刀片。目前，这项最新技术灌输大量碳化硅微粒(直径小于100纳米)进入熔化状态的镁金属，从而显着提高了金属的强度、刚度、可塑性和高温下的持久度。目前，这种新型金属材料14%是碳化硅纳米微粒，86%是镁锌合金。
而我们电镀用共沉积的方法将具有更佳的优越性，与更广阔市场！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，这种镀层具有高性能轴承合金的特点，耐磨性优于单金属镀层。
五、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。
六、具体工艺例子
1、纳米Ni2 SiC复合电镀工艺
NiSO4·6H2O 300 g/L
NiCl2·6H2O 35 g/L
H3BO3 40 g/L
糖精 1 g/L
OP-10 0.2 ~0.8 g/L
纳米碳化硅SiC(0.5μm) 20 ~ 80 g/L
阴极电流密度 1 ~ 4 A/dm2
pH 2.5 ~ 5.5
选用对微粒有润湿、分散、除污等作用的OP-10表面活性剂。工艺条件为：阴极电流密度4 A/dm2，SiC微粒悬浮量60 g/L，温度40 °C，pH 2.5，搅拌速率300 r/min。随着OP-10 含量的增加，镀层的硬度先下降后上升，在OP-10 含量为0.8 g/L 时，硬度达到最大值。OP-10 促进了Ni 金属与微粒的共沉积，是一种较好的共沉积促进剂，它能使微粒在镀液中分散悬浮，并使微粒表面电势升高，有利于阴极沉积[8]，从而使镀层中 SiC 微粒含量增加，提高了镀层的硬度(从600 HV增至1 000 HV)，远大于纯镍镀层的硬度(210 HV)。
2、替代硬铬镀层纳米晶镍钴铁镀层
为解决电镀铬工艺严重污染环境的问题,研究开发了低污染且具有良好外观的“纳米镍钴铁合金代替硬铬镀层”。
其基础配方为：
硫酸镍(NiS04·6H20) 200-260g／L
氯化镍(NiCl2·6H20) 35-50g／L
硫酸钴(COS04·7H2O) 20-50g／L
硫酸亚铁(FeS04·7H20) 15-60g／L
添加剂LJ-099a 5-10g／L
硬化剂LJ-099b 10-15g／L
纳米催化剂LJ-099c 3-10g／L
硼酸(H3B03) 35g-45／L
该合金镀层的耐蚀性2.6倍于铬镀层，耐磨性由于Ni3Fe和NiC03金属互化物的硬化而产生高耐磨性。该合金镀层的耐磨性2倍于铬镀层。该合金具有相当高的硬度，镀态硬度达750HV在300～500℃进行热处理，硬度将会进一步提高，硬度为1300(Hv)。优异的耐磨性，镀态硬度HV750～1300（HRC63～67），耐磨性比镀铬层高2～3倍；磨擦系数比镀铬层低1.5倍。
七 、结论
纳米微粒的加入能显著提高复合镀层的性能，并能节省材料，减少污染，因而纳米复合电镀技术的研究与应用有广阔的发展前景。但由于人们对纳米材料认识的局限及复合电镀工艺研究的不完善，纳米复合电镀技术的研究才刚刚开始。纳米微粒与金属微粒的共沉积机理、纳米微粒在镀液中的稳定与分散、如何提高纳米微粒在复合镀层中的共析量和纳米微粒在镀层中的行为与镀层性能的关系等问题都有待于我们电镀人更进一步深入研究。
来源：1号机器人
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