圖4所示為pH值與鍍層中銅含量的關(guān)系。從圖4可知，鍍層中銅含量先隨著pH值的增大而增大。當(dāng)pH值大于4時，鍍層中銅含量隨著pH值的增大而減小，這是因為：當(dāng)鍍液pH值較低時，氫離子吸附在銅微粒表面上，使其表面呈正電性，有利于銅微粒在電場力作用下向陰極移動，但此時在陰極表面上有大量氫氣析出，反而不利于共沉積的進行;隨著pH值的升高，鍍液中氫離子濃度下降，電鍍時氫氣的析出量減少，降低了析氫對銅微粒在陰極表面吸附所產(chǎn)生的不利影響，有利于復(fù)合量和沉積速率的提高;但若pH值過高，有可能造成陰極表面局部堿化，產(chǎn)生高度分散的鎳的氫氧化物，導(dǎo)致鎳離子濃度降低，同時鍍液中氫離子數(shù)量減少，使銅微粒吸附的正電荷數(shù)減少，導(dǎo)致在電場力的作用下到達陰極表面的銅微粒數(shù)量減少，并且鍍層脆性增大。因此，pH值應(yīng)控制在3.5~4.0之間為宜。

2.4攪拌速度對鍍層中銅含量的影響

圖5所示為攪拌速度與鍍層中銅含量的關(guān)系。從圖5可知，當(dāng)鍍液的攪拌速度低于600r/min時，鍍層中的銅含量隨攪拌速度的增大而增加;當(dāng)鍍液的攪拌速度等于600r/min時，鍍層中銅含量達到最大值;當(dāng)鍍液的攪拌速度超過600r/min時，鍍層中銅含量隨攪拌速度的增大而減少。這是因為：在其他條件不變的情況下，隨著攪拌速度的提高，鍍液中銅微粒的傳輸加快，使其撞擊復(fù)合鍍層的頻率增大，攪拌還使鍍液中微粒充分懸浮，有利于銅微粒沉積在陰極上;但當(dāng)攪拌速度超過600r/min后，銅微粒難以在陰極表面上吸附，同時還會使已經(jīng)黏附在陰極表面但尚未被基質(zhì)金屬嵌牢的銅微粒在運動著的銅微粒和鍍液切向力的沖擊下，脫離陰極表面重新進入到鍍液中，不利于共沉積過程的進行。因此，本實驗中選取的最佳攪拌速度為500~600r/min。

2.5鍍液中銅粉質(zhì)量濃度對鍍層中銅含量的影響

圖6所示為鍍液中銅粉質(zhì)量濃度與鍍層中銅含量的關(guān)系。由圖6可見，出現(xiàn)了3種現(xiàn)象：a.當(dāng)鍍液中銅粉質(zhì)量濃度小于9g/L左右時，隨著鍍液中銅微粒的增加，鍍層中銅微粒的共析量顯著上升;b.當(dāng)槽液中銅粉質(zhì)量濃度達到9g/L時，鍍層中銅微粒的共析量達到最大值;c.繼續(xù)增大鍍液中銅粉質(zhì)量濃度時，復(fù)合鍍層中銅微粒的共析量反而緩慢下降。產(chǎn)生第1種現(xiàn)象的原因是：在相同的實驗條件下，鍍液中銅微粒數(shù)目越多，被輸送到陰極附近并與陰極發(fā)生碰撞形成弱吸附的微粒也越多，由于銅微粒產(chǎn)生強吸附的形成速度和被嵌入陰極的幾率與弱吸附覆蓋度成正比，所以，鍍層中銅微粒的共析量隨著鍍液中銅粉質(zhì)量濃度的增加及弱吸附覆蓋度的增大而相應(yīng)增大。但當(dāng)銅微粒數(shù)目達到一定程度后，弱吸附于陰極的銅微粒達到飽和，此時鍍層中銅微粒的共析量達到峰值，因此產(chǎn)生第2種現(xiàn)象。不過，若繼續(xù)增加銅粉質(zhì)量濃度，反而會導(dǎo)致鍍層中銅微粒的共析量下降。其原因在于：繼續(xù)增加銅粉質(zhì)量濃度會強化不利于共沉積的其他因素的作用，如銅微粒在鍍液中相互碰撞產(chǎn)生團聚，銅微粒表面荷電程度降低以及因銅微粒吸附于電極表面，使電極表面提供電化學(xué)反應(yīng)的面積減小，導(dǎo)致真實電流密度增大而引起電極表面析氫量增多，鎳的沉積速度加快等因素，故會產(chǎn)生第3種現(xiàn)象。

2.6鎳離子濃度對鍍層中銅含量的影響

鍍液中鎳離子濃度過低時，易出現(xiàn)濃差極化，使鍍液允許的電流密度上限降低，在高電流密度區(qū)鍍層容易燒焦;鎳離子濃度較高時，鍍層沉積速度加快;鎳離子濃度過高時，將降低鍍液的分散能力和深鍍能力。

圖7所示為鎳離子質(zhì)量濃度與鍍層中銅含量的關(guān)系。從圖中可以看出，當(dāng)鍍液中鎳離子總質(zhì)量濃度低于70g/L時，鍍層中銅含量與鍍液中鎳離子質(zhì)量濃度幾乎呈線性關(guān)系，且增幅比較大。但當(dāng)鍍液中鎳離子質(zhì)量濃度繼續(xù)增加時，鍍層中銅含量則不再變化，銅含量穩(wěn)定在11%左右。這是由于溶液中的銅微粒對鎳離子的有吸附作用，鎳離子質(zhì)量濃度越大，吸附了鎳離子的銅微粒就越多，從而使更多的銅微粒能夠沉積到陰極上;但當(dāng)鎳離子質(zhì)量濃度超過一定值后，由于

陰極表面積有限，接納銅微粒的能力也有限，因此，銅含量基本不再變化。所以，本實驗鍍液中鎳離子的最佳總質(zhì)量濃度為70g/L左右。

2.7SEM及X射線能譜(EDS)分析

圖8所示為Ni-Cu復(fù)合鍍層的EDS譜(工藝條件：鎳離子濃度為300g/L，pH值為4，電鍍時間為4h，溫度為55℃，攪拌速度為400r/min，銅粉含量為5g/L，陰極電流密度為2.0A/dm2)，結(jié)果表明，鍍層中銅的質(zhì)量分數(shù)可達19.17%。

電鍍初期鍍面較平整，基質(zhì)鎳中銅微粒含量較少,隨著沉積時間的增加，基質(zhì)鎳中銅微粒含量明顯增多。以上現(xiàn)象與底材表面以及鍍面的表面粗糙度有很大的關(guān)系。根據(jù)Guglielmi模型[10]，在顆粒共沉積過程中，靜電吸附與機械碰撞吸附同時存在。由于在沉積初期，底材具有較低的粗糙度，會削弱底材表面俘獲銅微粒的能力;隨著沉積時間增加，銅微粒被包覆使得鍍面的粗糙度逐漸升高，這增加了鍍面機械俘獲銅微粒的幾率。圖9所示為Ni-Cu復(fù)合鍍層的SEM像。由圖9可見，在沉積的基質(zhì)金屬鎳中鑲嵌著球狀的銅微粒，結(jié)構(gòu)致密、分布均勻，而且與鍍前的銅微粒形狀相似[8]。

2.8鍍層顯微硬度分析

分別選取實驗中得到的銅含量不同的鍍層進行顯微硬度測試，得到不同銅含量鍍層的顯微硬度，如圖10所示。從圖10可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鍍層中銅含量從10%增加到約15%時，鍍層的顯微硬度急劇增加(HV0.2達到750)，與文獻[7]中介紹的RE-Ni-W-9.5%P-15.2%SiC復(fù)合鍍層在鍍態(tài)時的顯微硬度相當(dāng)。當(dāng)鍍層中銅含量超過15%后，鍍層的顯微硬度增長很緩慢。其原因可能與本實驗的微米銅粉具有納米晶的結(jié)構(gòu)和彌散強化作用有關(guān)，金屬納米材料具有很高的硬度。從復(fù)合鍍層的表面形貌可以看出，銅微粒的加入使得鍍層晶粒細化，銅微粒與鍍層結(jié)合緊密，粒子彌散分布在復(fù)合鍍層內(nèi)，對晶粒之間的滑移產(chǎn)生阻礙作用，使金屬獲得有效的強化，產(chǎn)生彌散強化效應(yīng)。當(dāng)鍍層中銅微粒較少時，微粒間距較大，故強化作用較小，隨鍍層中銅微粒增多，微粒間距變小，強化作用增大。但當(dāng)鍍層中銅含量超過一定值后，鍍層的晶格所受的強化影響逐漸減少直至消失，表現(xiàn)為顯微硬度隨銅含量的增加而趨于穩(wěn)定。

3結(jié)論

a.對Ni-Cu復(fù)合鍍層的各因素影響進行研究，獲到了致密、均勻的Ni-Cu復(fù)合鍍層，其中銅含量(質(zhì)量分數(shù))在5%到30%之間，在鍍態(tài)時的鍍層的顯微硬度(HV0.2)最高可達750，與RE-Ni-W-9.5%P-15.2%SiC復(fù)合鍍層的顯微硬度相當(dāng)。

b.最佳工藝條件如下：陰極電流密度，2~3A/dm2;鍍液溫度，55~60℃;攪拌速度，500~600r/min;鍍液pH值，3.5~4.0;銅粉質(zhì)量濃度，8~9g/L;七水合硫酸鎳，250~300g/L;六水合氯化鎳，30~60g/L;硼酸，35~40g/L;十二烷基硫酸鈉，0.05~0.10g/L。

c.Ni-Cu復(fù)合鍍層可為具有納米晶結(jié)構(gòu)的銅粉的TEM測試提供試樣，同時開辟一條新的制備納米復(fù)合金屬材料的新途徑。