面心立方100面示意图

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文 |史记新说

编辑 | 史记新说

简介

材料的表面首先遇到恶劣的外部条件，其劣化可能导致散装材料的灾难性故障。因此，汽车和航空工业中使用的材料必须通过涂覆涂层来保护，以最大限度地减少表面劣化、防止磨损、防止腐蚀并改善机械性能。

在过去的50年里，铝合金薄板因其可用性、化学稳定性和低密度等物理特性而广泛用于商用飞机工业。

铝的密度为 2.77 克/厘米3，与钢并列（7.86 克/厘米3).因此，铝比钢更轻，强度重量比更高，即使它的耐磨性较低。铝 2024-T3 合金含有 4% - 5% 的铜。

由于在Al和Cu之间产生的电偶对，这种合金的腐蚀可能会加速。T3表示合金溶液经过处理，冷加工和自然老化。

因此，必须通过涂覆合金来保护合金免受恶劣条件的影响，以降低其耐腐蚀性和耐磨性，因为它们会显著影响经济性和飞机运营。镍涂层可在非化学操作条件下保护铝表面。

它对涂层表面具有良好的粘合性能，并且可以在与电镀液接触的所有表面上均匀地镀层。该涂层是金属表面的首选保护工艺，因为它易于在相对较低的温度下使用。

由于涂层工艺，在形成的层上产生了晶体优选的取向和残余应力，并且这两种物理性能都会影响涂层材料的耐磨性。

本文对电解共沉积机理、层织构进行了文献综述。

电解共沉积机理

不溶性纳米颗粒与金属共同沉积在基体表面上。两个简易的模型（Gugliemi模型和电解码沉积的数学模型（MTM））解释了颗粒与金属基体的电解共沉积。

在Gugliemi模型中，吸附电荷对于决定共沉积的实用性至关重要。该模型由两个步骤组成，在此期间，吸附和电泳吸引力的作用负责颗粒掺入沉积材料中。在第一步中，颗粒被吸附在阴极上。

粒子和阴极之间没有实际接触，因为阴极被一层离子和溶剂分子包围。如果阴极的电场可以揭示粒子的双电层，则会发生最后一步。

该模型解释了CD对嵌入粒子的注意到体积部分的影响。MTM模型的开发是由于需要更多细节。主要假设颗粒将被嵌入，因为颗粒表面固定离子的特定部分减少。在该模型中，共沉积可以解释为五步过程（如表1和图1所示）。

图1显示了粒子编码沉积到金属矿床中的途径。这些区域包括颗粒周围离子云的产生（散装电解质，典型长度（厘米）;向阴极的对流运动（对流层，典型长度 B1 mm）;通过浓度边界层（扩散层，典型尺寸为数百μm）扩散;双电层（典型的纳米尺寸），然后吸附和捕获颗粒。

图1.描述五步反应中颗粒共沉积过程的示意图。

MTM模型在假设稳态条件下有效，因此在此过程中不会发生浓度，压力，温度或过电压的变化。此外，阴极的表面必须能够到达镀液和相关颗粒。最后，保持电镀溶液中颗粒的均匀悬浮液。

此外，SiC纳米颗粒不直接与镍共沉积。因此，添加剂（例如，Na3钴（否）2)6) 需要与镍一起增强纳米SiC共沉积在镍中的共沉积。

那3钴（否）2)6是一种电解材料，将溶解在水中，产生阴离子[Co（NO2)6]3- 和根据公式（3）的阳离子（Na）：+该添加剂缩短了SiC颗粒之间的距离。

这种降低是由于SiC颗粒的表面电位较低，这使得范德华的吸引力成为分子之间的主导力。当阴离子[Co（NO2)6]3−吸附在涂层槽内的Ni离子上。这种现象将中和粒子上的电荷+。

涂层的质地

晶体可以在多晶材料中沿优选取向排列，形成独特的纹理。这种聚集可能是由于材料的机械或制造过程（例如轧制或拉伸）产生的外力。

它也可能来自薄膜沉积过程中的原子通量或凝固过程中的热流。由于外力的作用，晶格将通过晶体向稳定方向滑动或缠绕来改变其方向。对取向结晶金属的进一步处理可能会改变其织构或定向最初随机的金属。

晶体纹理与晶粒尺寸或形状无关。相反，它描述了不同晶粒的晶格的优先排列。质地可能会影响材料的物理化学和机械特性。例如，在某些材料的抗拉强度中已经注意到各向异性。

已经开发了许多技术来测量纹理，包括连接到不同机器的硬件和计算机软件。表示收集的有关表面的数据的方法之一是使用极点图形表示它们。

极图可以定义为具有特定方向的立体投影，对应于标本，该标本描绘了所选晶体平面组的极密度随极方向的变化。任意取向的晶体将赋予具有均匀极密度的极图形;然而，具有优选取向的微晶会使极密度不均匀，并说明它们在团簇中的投影。

如前所述，了解材料的质地至关重要，因为它可能会影响材料的物理化学性质。在织物上施加机械力可能导致两种类型的纹理：纤维纹理和片状纹理。在纤维纹理中，单个晶体被定向，使得特定的晶体取向平行于外部方向。

材料具有围绕轴的旋转对称性：以这种方式，围绕该轴分布的所有晶体的可能性相等。在片材纹理中，对于轧制产品，晶粒晶格通常同时围绕两个外部方向对齐（例如，与轧制平面法线和轧制方向对齐）。

晶粒方向固定在板材中的轴上;透射和反射几何的组合可以为片材纹理制作极图。只有薄样品才能透射;反射可用于更厚的零件，并且可以覆盖杆形的更大区域。

电镀金属中存在优选取向及其对浴液成分的依赖性，于1924年由Glocker等人首次证明。.曹等研究了基材在不同条件下通过涂覆不同基材对电沉积材料质地的影响。

他们表明，共沉积材料的取向可能取决于基材的质地和浴池条件。他们还报告说，质地取决于薄涂层的基材，因为层的厚度增加了依赖于涂层条件的表面。

波格雷布尼亚克等解释了曹等人的内容。通过跟踪涂层条件（如 CD、涂层溶液的组成、溶液的 pH 值、温度和电压）对涂层厚度首选取向发展的影响。

他指出，在电沉积中，除了涂层条件外，织构是涂层材料和涂层的晶体结构的函数。当涂层材料和涂层之间的晶格参数相差超过15%时，纹理将仅取决于涂层条件。

如果两个晶格参数接近，则涂层的初始层与涂层条件无关地增长。随着涂层厚度的增加，纹理将仅取决于涂层条件。

阿尔方塔齐等报道，从钢基体改为铜基材不会显著影响涂层的优选取向。Banerjee研究了涂层条件对质地的影响。

这些条件是：镀液成分、CD、pH值以及镀液中杂质或离子的存在。Pangarov和Vitkova研究了电沉积条件和显影纹理。

他将质地与电镀涂层条件联系起来。他报告说，如果涂层在高温和低CD下沉积，金属中显影的纹理将是（111）;但是，当涂层在低温和高CD下完成时，面心立方晶胞中生成的纹理将为（110）。在开发其他纹理时，存在许多情况，例如 （100）、（112）、（113） 和 （210）。

埃文斯发现，当涂层具有较高的内应力和硬度值时，电镀镍的质地为（110），当涂层具有较低的值时，纹理为（100）。

这些内应力是由于电镀过程而产生的。它们可能与沉积原子之间的结合动量和涂层积聚过程中产生的剪切力有关。

瓦迪姆等注意到，即使第一沉积层中的纹理是随机的，也会形成具有首选取向的生长纹理。

例如，氨基磺酸盐浴中镀镍的质地是坚硬的（100），具有观察到的（110）质地;这些涂层在280°C的温度下沉积了五个小时。

谢里克等人。发现（100）的纹理随着CD在瓦特涂层浴中的增加而发展。他报告说，从氨基磺酸盐浴中沉积的70μm厚的镍涂层在110°C的温度下完成的涂层的质地为（50）。

在低于40°C的温度下进行涂层，纹理为（100）。Cao表示，（110）和（100）的取向密度取决于阴极的CD和涂层厚度，随着涂层时间的增加而增加。

Czerwinski在 60 K 的温度、1 和 10 A/dm 的 CD 下沉积了瓦特和氯化物电解质中的镍2，pH 值为 0.5 - 5。

他从氯化物浴和CD中获得（110）质地低于2 A / dm2.（211）的纹理是在CD为10 A/dm时获得的2用于氯化物浴。

当镍从瓦特溶液中沉积时，（100）的纹理是在各种CD上获得的。他提到（111）对镍不是优惠的，在镍的沉积状态下不容易达到。电沉积镍的质地取决于电解质成分、温度、pH、CD、搅拌和有机添加等涂层条件。

然而，没有理论预测纹理发现的总集合。通过控制涂层条件，可以获得电沉积镍的各种纹理。作为示例，（111）的织构可以通过退火获得镍（100）的初始织构。

埃文斯发现，当涂层具有较高的内应力和硬度值时，电镀镍的质地为（110），当涂层具有较低的值时，纹理为（100）。

这些内应力是由于电镀过程而产生的。它们可能与沉积原子之间的结合动量和涂层积聚过程中产生的剪切力有关。

瓦迪姆等注意到，即使第一沉积层中的纹理是随机的，也会形成具有首选取向的生长纹理。例如，氨基磺酸盐浴中镀镍的质地是坚硬的（100），具有观察到的（110）质地;这些涂层在280°C的温度下沉积了五个小时。

谢里克等人发现（100）的纹理随着CD在瓦特涂层浴中的增加而发展。他报告说，从氨基磺酸盐浴中沉积的70μm厚的镍涂层在110°C的温度下完成的涂层的质地为（50）。

在低于40°C的温度下进行涂层，纹理为（100）。Cao表示，（110）和（100）的取向密度取决于阴极的CD和涂层厚度，随着涂层时间的增加而增加。

Czerwinski在 60 K 的温度、1 和 10 A/dm 的 CD 下沉积了瓦特和氯化物电解质中的镍2，pH 值为 0.5 - 5。

他从氯化物浴和CD中获得（110）质地低于2 A / dm2.（211）的纹理是在CD为10 A/dm时获得的2用于氯化物浴。

当镍从瓦特溶液中沉积时，（100）的纹理是在各种CD上获得的。他提到（111）对镍不是优惠的，在镍的沉积状态下不容易达到。

电沉积镍的质地取决于电解质成分、温度、pH、CD、搅拌和有机添加等涂层条件。然而，没有理论预测纹理发现的总集合。

通过控制涂层条件，可以获得电沉积镍的各种纹理。作为示例，（111）的织构可以通过退火获得镍（100）的初始织构。

结论和建议

基于本文献综述收集到的资料和解读，可以得出以下结论和建议：

·纳米颗粒可以使用直流（DC）和氨基磺酸镍作为电解溶液与镍电沉积在铝基板上。

·镍不会驻留在覆盖铝的氧化层上，因此需要化学变化来准备用于涂层的铝表面。

·值得进一步研究的一个案例是纹理随涂层的厚度而变化。例如，在相同的电镀条件下，较薄的涂层会注意到不同的质地。

应用新技术（例如电子能量损失光谱）来研究涂层和基材之间的界面并开发一种理论来解释它们之间化学和物理键的性质的必要性。

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