本書繫統地介紹了化學鍍技術的原理與應用技術。其主要內括化學鍍技術概要、化學鍍繫列合金、化學復合鍍、不同基底對化學鍍層的影響、鍍液成分與工藝參數對化學鍍的影響、化學鍍工程應用、發展前景與展望。本書基於作者的研究工作，闡述了鎳繫、鈷繫合金鍍層及復合鍍層的工藝、結構和性能之間的關繫，鍍層生長的影響條件，以及鍍層的工程應用。本書內容新穎，實用性強，可為後續化學鍍技術研發與應用提供技術支持，具有較高的參考價值。 本書可供從事化學鍍生產的工程技術人員、工人閱讀使用，也可供相關專業在校師生及研究人員參考。

前言

第1章 化學鍍技術概要

1.1 化學鍍的起源與特點

1.2 化學鍍的機理

1.2.1 化學鍍金屬的機理

1.2.2 化學鍍合金的機理

1.2.3 化學復合鍍的機理

1.3 化學鍍層的結構與類型

1.3.1 普通合金鍍層的結構

1.3.2 納米晶鍍層的結構

1.3.3 復合鍍層的結構

1.4 化學鍍層的性能

1.4.1 化學鍍層的力學性能

1.4.2 化學鍍層的耐蝕性

1.4.3 化學鍍層的磁性能

1.4.4 化學鍍層的電磁屏蔽/吸波性能

1.4.5 化學鍍層性能的影響因素

1.5 化學鍍層的應用

1.5.1 化學鍍鎳的應用

1.5.2 化學鍍銅的應用

1.5.3 化學鍍鈷的應用

1.5.4 其他化學鍍層的應用

第2章 化學鍍繫列合金

2.1 化學鍍鎳

2.1.1 化學鍍Ni-P

2.1.2 化學鍍Ni-Cu-P

2.1.3 化學鍍Ni-W-P

2.1.4 化學鍍Ni-Mo-P

2.1.5 化學鍍Ni-Fe-P

2.1.6 化學鍍Ni-Zn-P

2.1.7 化學鍍Ni-Cr-P

2.2 化學鍍鈷

2.2.1 化學鍍Co-B

2.2.2 化學鍍Co-P

2.2.3 化學鍍Co-Ni-P(B)

2.2.4 化學鍍Co-Fe-P

2.2.5 化學鍍其他材料

第3章 化學復合鍍

3.1 化學復合鍍概述

3.2 化學復合鍍的機理及制備方法

3.3 典型的化學復合鍍層

3.3.1 Ni-P-SiC

3.3.2 Ni-P-TiO

3.3.3 Ni-P-Al2O

3.3.4 Ni-Cu-P(α-Al2O3)

3.3.5 Ni基ZrO

3.3.6 Ni基PTFE

3.3.7 Ni-Cu-P-CNTs(碳納米管)

3.3.8 其他化學復合鍍層

3.4 化學復合鍍層的典型用途

第4章 不同基底對化學鍍層的影響

4.1 金屬基底

4.1.1 鋁基底

4.1.2 鋅基底

4.1.3 銅和不鏽鋼基底

4.2 非金屬基底

4.2.1 粉末基底

4.2.2 碳納米管基底

4.2.3 石墨烯基底

第5章 鍍液成分與工藝參數對化學鍍的影響

5.1 金屬主鹽的影響

5.2 還原劑的影響

5.3 絡合劑的影響

5.4 緩衝劑的影響

5.5 穩定劑的影響

5.6 劑的影響

5.7 表面活性劑的影響

5.8 pH值的影響

5.9 其他影響因素

第6章 化學鍍工程應用

6.1 表面強化的應用

6.1.1 工模具的化學鍍層

6.1.2 鑄件的化學鍍層

6.2 電子工業上的應用

6.3 磁性材料上的應用

第7章 發展前景與展望

參考文獻

1）本書繫統地介紹了化學鍍技術的原理與應用技術。內容優選，實用性強，具有較高的參考價值。2）本書主要內括化學鍍技術概要、化學鍍繫列合金、化學復合鍍、不同基底對化學鍍層的影響、鍍液成分與工藝參數對化學鍍的影響、化學鍍工程應用、發展前景與展望。3）本書基於作者的研究工作，闡述了鎳繫、鈷繫合金鍍層及復合鍍層的工藝、結構和性能之間的關繫，鍍層生長的影響條件，以及鍍層的工程應用，可為後續化學鍍技術研發與應用提供技術支持。

化學鍍是一種的表面強能化技術。相對於其他表面鍍層技術，化學鍍具有的均鍍能力和產品保型性，尤其適用於復雜形狀與大面積工件施鍍，因此在機械、電子、能源、化工、汽車、印刷、紡織、工模具、器械、與軍事領域獲得了廣泛的應用。

國外對化學鍍的研究較早，從20世紀50年代就已經開始在工業行化學鍍技術應用。國內的化學鍍研究起步較晚，但也取得了顯著步，到了20世紀80年代已逐步在工業應用中得到了推廣。目前化學鍍層已經從當初滿足提高工件表面硬度、耐磨性和耐蝕性的要求發展到可滿足磁性、導電性、吸波和電磁屏蔽等能化要求。

20世紀80年代初，黃新民教授和作者作為碩士研究生師從鄧授從事化學鍍研究，鄧先生1954年畢業於上海交通大學（第pan>屆）金屬材料熱處理專業，後在東北跟蘇聯專家繼續學，先後在北京大學、航空部屬企業和合肥工業大學工作，一直從事表面技術研究。在他的與指導下，合肥工業大學表面技術研究團隊在化學鍍研究與應用等方面的成果在生了重要的影響。他的學生們一直結一下團40年來的研究成果，由於各自事務纏身，一直未能兌現。2020年春節雖然出現了新冠肺炎疫情，但是按慣例，大年初一上午作者依舊去鄧先生家拜年，可惜未能謀面，隻好在他家中與住在醫院的他通個電話，聽到九十的老師樂呵的笑聲暫時得到些許寬慰，然而鄧先生在數月後不幸仙逝。如今《現代化學鍍技術》完稿，我們隻能用本書的出版告慰鄧先生的在天之靈，吾輩將繼續努力，感謝先生對我們的培養！

作者指導的研究生也一直開展相關的研究工作，張勇教授參與了書稿的整理工作，舒霞高級工程師和朱紹峰教授提供了相關的研究素材，劉家琴研究員和薛茹君教授的研究豐富了本書相關內容，鄭紅梅副研究員整理了圖片和資料。正是大家的努力與合作纔有今天團隊的發展，為繼續從事納米材料的電化學制備與組織結構、性能調控研究打下基礎。感謝鄭玉春和劉玉兩位高級工程師，他們和黃新民教授、舒霞高級工程師一起為了化學鍍技術的應用推廣做出了很大的努力。

本書由作結並結合團隊多年來的研究成果以及解決實際工程應用問題所積累的經驗著述而成。在書中以鎳繫和鈷繫兩類合金及復合鍍層為研究對像，繫統地剖析和闡述了化學鍍理論、鍍層結構、鍍層性能和工程應用，旨在幫助讀者全面和較為深入地了解化學鍍這門方興未艾的表面處理技術，解決在鍍層制備過程中所出現的問題而化學鍍新的配方、工藝和理論的發展。由於作者有限，書中的缺點和錯誤在所難免，敬請廣大讀者批評和指正。

吳玉程

第pan>章化學鍍技術概要

化學鍍（electroless ting or auto -catalytic chemical deposition) 是指在不外加電源的前提下，鍍液中的金屬離子在具有催化特性的基底表面被還原獲得金屬或合金薄層，由於這些金屬或合金薄層的自催化作用，使得金屬離子可以在液固兩相界面持續析出，從而賣現能化處理的過程。化學鍍層可以對金屬或非金屬材料基底起到強化能化的作用，比如提高基底的表面硬度、耐磨性、耐蝕性、抗高溫氧化性、導電性和磁性等力學性能或物理性能。

1.pan>化學鍍的起源與特點

1844年，A.Wurtz提出采用次磷酸鹽作還原劑用於化學鍍。1916年，F.A.Roux以次磷酸鹽作為還原劑在美國獲得了項關於化學鍍的專利，但當時獲得的鍍液極易產反應而導致分解。直至1944年，美國國家標準局的 A. Brenner 和G.Rel 獲得了比較穩定的化學鍍鎳溶液配方，並於1946年提出了沉積非粉末狀鎳鍍層的方法，從而為實現化學鍍鎳技術的工業化應用奠定了工藝基礎。到了20世紀60年代，具有實際應用意義的化學鍍技術正入了美國市場，並隨著科學技術步和工業的發展在20世紀70年代獲得了迅速發展。

與傳統的電鍍技術不同，化學鍍不需要外加電源作為驅動，它是基於化學還原作用，將金屬陽離子在具有催化特性的基底表面還原成金屬並沉積成鍍層。比如在鐵、鑽、鎳等具有催化作用的金屬及其合金表面可以直接沉積化學鍍層，並且沉積一日驅動，由於沉積金屬的自催化作用可以使得反應持行，從而能夠在工件表面各處都獲得厚度均勻的化學鍍合金層。為了控制化學鍍層的成分與結構，可以選擇不同的還原劑，並通過調節鍍液的成分、工藝參數和生長條件來得到一繫列類金屬含量變化的合金鍍層，同時可以經過熱處理來改變鍍層的組織結構，從而獲得滿足應用需要的性能。這些優點也是化學鍍技術具有吸引力的一個重要原因。化學鍍層厚度均勻，表面光整不受工件外形限制。化學鍍可以在復雜形狀的工件以及非導體基底上施鍍，並且可以獲得一些特殊性能。因此，化學鍍技術在國內外受到了普遍重視並得到了廣泛研究，化學鍍層的主要特點可以由以下幾點來概括：

pan>）具有高硬度和高耐磨性：比如鎳磷合金在沉積狀態下的硬度為500~600HV（49~55HRC），在400℃熱處理1h後的硬度為1000~1100HV（69~72HRC），硬度可以達到電鍍純鎳的1.5~3倍。

2）具有優良的耐蝕性：比如化學鍍鎳磷合金在堿性和鹽腐蝕環境中具有優良的耐蝕性，很適用於制造在這些腐蝕環境中工作的零部件或行相關工件的表面強化。

3）具有的物理性能：比如化學鍍銅可以應用於集成電路板，化學鍍鑽可以應用於磁性材料與記憶存儲材料。

4）化學鍍設備簡單，占地小，不需要直流或者交流電源，操作方便，無污染。因此，化學鍍屬於綠色環保技術，適用於中小型公司和實驗室。

5）零件不需要附加導線觸點，能夠直接在金屬表面（鐵基、鋁基和鑲）上成積。經過特殊處理後，也可在半導體和非導體（塑料、玻璃和陶瓷）上沉積，以改變其工藝性能和使用性能。

6）化學鍍合金層不需要電源，不需要輔助陽極，隻要溶液流到的部位均可沉積，適合於有細小深盲孔的零件；另外，化學鍍可以避免邊緣效應和尖角效應，所以在工件形狀突出的部位不會出現增厚現像，表現出優良的均鍍特性，即“仿型性”好。因此，化學數合金層具有成分可控、厚度均勻、組織結構致密、表面粗糙度低的優點。

7）一些大型工模具或者形狀結構復雜、精度要求高的工件，由於淬透性或者其他因素的限制而無法用熱處理提高硬度和耐磨性，如果采用化學鍍層強化的方法，則可以規避熱處理變形卻?樂外四4臺曬u面英死長工件的工作壽命。

8）焊接性能優良。許多金屬（鋁、鎂和不鏽鋼）和非金屬（玻璃和陶瓷）的焊接性能很差，當沉積一層鎳磷合金後，它們就行焊接。此外，沉積層的沉積速度可控制在15~25um/h，它適用於精密量具的修復工作。

環境污染問題一直是困擾著經濟發展和科技的關鍵問題。由於化學鍍技術廢液無毒並且排放少，因此是一種綠色環保型的表面處理技術。目前，化學鍍技術已經在機械、石油化工、汽車、電子、等工業領域獲得了廣泛的應用，並隨著化學鍍技術的不步而日益受到企業和研究機構的重視。

1.2化學鍍的機理

化學鍍屬於金屬或合金的自催化反應過程，鍍液的基本組括主鹽、還原劑、絡合劑、緩衝劑和穩定劑，根據需要還可以添加劑和光亮劑等。化學鍍反應的基本原理是在還原劑的作用下，鍍液中的金屬離子在具有催化表面的基底上被還原獲得遊離態金屬原子，同時還原劑發生分解，還原劑的類金屬原子入鍍層，從而形成致密的合金鍍層。反應得以持行的必要條件是還原劑的氧化電位必須低於金屬離子被還原的電位，滿足這一條件的常用還原括次磷酸鈉、氨基、硼氫化鈉和肼等。另外，沉積金屬需要具備自催化活性，這素主要素周期表中第Ⅷ族，比如鐵、鈷、鎳、鈀、銠等，以及一些素如金、銀等。

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