磁场和电流密度对电沉积复合镀层影响概述

陈子波 韩宁 高争

华北理工大学 冶金与能源学院

一、前言

电沉积复合镀层是利用镀液中的金属离子在待镀材料阴极镀上一层金属。从而显著提高复合镀层的耐蚀性、耐磨性、导电性等等。电沉积复合镀层过程有操作简单、工艺成本低等一系列优点，广泛用于表面工程、制备新材料等领域[1]。电沉积复合镀层凭借他优良的性能和简易的制作方式广泛受到关注，成为复合镀层的研究领域的热点之一[2]。而施加稳恒磁场和改变电流密度会产生洛伦兹力，产生的洛伦兹力可以造成溶液扰动[3]，从而对电沉积复合镀层过程的阴极有很好的冲刷作用。阴极对抗磁性的微粒有排斥力，从而使微粒远离阴极表面，制得的镀层微粒的含量增大，显著提高了电沉积复合镀层的表面形貌和性能。本文列举了施加稳恒磁场和改变电流密度对复合镀层性能的影响。

二、施加稳恒磁场对复合镀层性能影响

电沉积复合镀层的过程中没有施加磁场的情况下电沉积复合镀层中合金颗粒含量增大[4-5]，制得复合镀层的性能不佳。施加稳恒磁场可以有效的改变复合镀层性能并改变复合镀层的表面形貌。惰性微粒是影响复合镀层性能的关键因素之一。施加稳恒磁场带来的MHD效应对电镀液有搅拌作用，这种搅拌作用可以使惰性微粒分布更加均匀，来提高电沉积复合镀层的性能。施加的稳恒磁场有平行磁场、垂直磁场和梯度磁场。施加磁场。以下则是对施加不同种磁场对复合镀层性能影响的介绍。

（一）施加平行磁场

施加平衡磁场即在电沉积复合镀层过程中，使电流方向与磁场方向保持平行。通过T.Yamada[6]研究发现，在平行磁场下的电沉积会使镀层呈现“蜂窝”状分布。因而平行磁场的施加对电沉积复合镀层表面形貌有显著改善。平行磁场的加入会产生MHD效应和磁化力。平行磁场的施加带来的这两种效益有益于电沉积船只过程和离子运动，从而提高镀层的结合力、耐磨性等。

（二）施加垂直磁场

施加垂直磁场即在电沉积复合镀层过程中，使电流方向和磁场方向保持垂直。在垂直磁场下，电沉积复合Fe-微米Si颗粒时，使微米Si颗粒可以呈现纹状分布[7]。垂直磁场的加入会带来MHD效应，对电沉积复合镀层有很好的改善作用[8]。

（三）施加梯度磁场

梯度磁场的施加则有在原本施加的磁场中加入可磁化材料，就会在电极附近产生梯度磁场。梯度磁场的作用则会使电沉积复合镀层呈现“圆丘”状排列。梯度磁场的施加带来的磁场梯度力和磁场带来的MHD效应会使电沉积复合镀层有定向排列的趋势。因此，施加磁场会显著提高电沉积复合镀层的表面形貌。

（四）电沉积复合镀层施加磁场的优势

电沉积复合镀层施加磁场制备复合镀层有设备简单、需要温度低、成本小、方便控制等优点。综上所述，制备的复合镀层具有更好的表面形貌，也提高了金属表面的耐蚀性、耐磨性、耐高温等性能。通过冯秋元对施加磁场对电沉积Ni-Al2O3复合镀层的性能研究表明，施加磁场获得的复合镀层的晶粒更加细化，镀层形貌更加光滑，并且具有更好的耐磨性、耐蚀性以及耐高温的性能。

三、改变电流密度对复合镀层性能影响

电流密度的改变带来的洛伦兹力可以显著提高电沉积复合镀层致密性。合适的电流密度可以很好地改变复合镀层的显微组织。电流密度过高和过低都会对复合镀层性能有不好的影响。过低的电流密度会使复合镀层的结合力降低，过高的电流密度会使复合镀层颗粒变大从而使致密性下降。因此改变电流密度达到对电沉积复合镀层最合适的电流密度可以很好的改变镀层表面颗粒，来提高致密性。电流和磁场的相互作用会诱导发生MHD效应，可以提高镀液的传质作用，显著提高复合镀层的表面形貌。

四、结语

1.单独施加磁场和改变电流密度都可以很好的改善电沉积复合镀层的表面形貌，二者相互作用也可以显著改善其表面形貌。

2.施加不同类型的磁场对电沉积复合镀层的影响是不同的，但都具有改变电沉积复合镀层表面形貌的作用。目前在此方向研究尚未成熟，有很好的研究和未来应用前景。