化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)控制技術(shù)與應(yīng)用　　

       化學(xué)鍍鎳（Electroless Plating Nickel-簡(jiǎn)稱EN,也稱無(wú)電解鍍鎳或自催化鍍鎳）是1944年發(fā)現(xiàn)的。由于化學(xué)鍍鎳鍍層具有優(yōu)良的耐磨耐腐蝕性能，鍍層厚度均勻性好，同時(shí)廢液排放污染少。美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已立法取締污染大的傳統(tǒng)電鍍鉻工藝，化學(xué)鍍鎳取代電鍍鉻成為了制造業(yè)新的技術(shù)與產(chǎn)品門檻，被認(rèn)為是表面處理領(lǐng)域新的技術(shù)變革。國(guó)際上大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用在上世紀(jì)八十年代中期；國(guó)內(nèi)從九十年代中期才開(kāi)始受到重視，應(yīng)用初始主要以購(gòu)買國(guó)外商品鍍液加工為主，也有一些以“書本”配方技術(shù)為基礎(chǔ)的家庭作坊式加工企業(yè)，技術(shù)含量低。

　　由于化學(xué)鍍鎳的基本原理是鍍液本身自催化化學(xué)反應(yīng)沉積，溶液成分、反應(yīng)條件都影響化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程與反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性，次磷酸鹽也容易發(fā)生自分解，所以本項(xiàng)目中化學(xué)反應(yīng)沉積是十分復(fù)雜的自催化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，其實(shí)際化學(xué)反應(yīng)方程式不能簡(jiǎn)單地以單一方程式表示。同時(shí)溶液也可以發(fā)生自分解（溶液自身迅速反應(yīng)消耗主鹽和還原劑，不沉積在被鍍工件上），如何確保有效沉積和連續(xù)穩(wěn)定沉積是十分關(guān)鍵的和困難的。國(guó)外雖然有很多成熟的商品濃縮液，但國(guó)內(nèi)外公開(kāi)的技術(shù)資料主要是關(guān)于鍍液的基本配方和鍍層的性能特點(diǎn)方面，溶液的動(dòng)態(tài)控制與工業(yè)連續(xù)化技術(shù)都是商業(yè)機(jī)密，國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有這方面的文獻(xiàn)資料可以參考，國(guó)外技術(shù)封鎖嚴(yán)密。

　　本項(xiàng)目以自催化原理為理論核心，提出了動(dòng)態(tài)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)控制的學(xué)術(shù)思路，開(kāi)展了不同體系化學(xué)鍍鎳工藝動(dòng)態(tài)控制與周期性維護(hù)技術(shù)研究，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行了二次技術(shù)創(chuàng)新，研究開(kāi)發(fā)了多種材料表面改性技術(shù)和新材料制備技術(shù)，成功解決了上述技術(shù)在應(yīng)用推廣及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

　　提出了“化學(xué)沉積動(dòng)態(tài)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)控制”的學(xué)術(shù)思路，研制的化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)控制技術(shù)工藝穩(wěn)定性和使用壽命明顯優(yōu)于國(guó)外同類技術(shù)水平，在國(guó)內(nèi)獲得大規(guī)模推廣應(yīng)用，推動(dòng)了行業(yè)的科技進(jìn)步：

　　（l）本項(xiàng)目在缺少參考文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，采用科學(xué)的研究方法獨(dú)立系統(tǒng)地研究了化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)控制與維護(hù)技術(shù)的相關(guān)科學(xué)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了鍍液性能穩(wěn)定性和鍍層性能的穩(wěn)定性控制，延長(zhǎng)了鍍液的使用周期和壽命，有效降低了化學(xué)鍍鎳的綜合成本，推動(dòng)了國(guó)內(nèi)化學(xué)鍍鎳的工業(yè)應(yīng)用，多項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。項(xiàng)目《化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)維護(hù)與應(yīng)用技術(shù)》2007年獲得中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　（2）研究開(kāi)發(fā)了適合鎂合金基材的化學(xué)鍍鎳工藝技術(shù)，提出了直接化學(xué)鍍的氟化物膜保護(hù)與結(jié)合機(jī)制，研究發(fā)明了多種化學(xué)鍍鎳的溶液配方與工藝。通過(guò)化學(xué)鍍鎳層與堿性Zn-Ni電鍍層的組合還可以使鍍層耐蝕性得到大幅度的提高，這種鍍層組合可以承受1000hr以上的鹽霧腐蝕。與傳統(tǒng)工藝相比，鎂合金表面直接化學(xué)鍍鎳工藝簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。已在魚雷活塞、單兵作戰(zhàn)電子儀器散熱板和航空航天等國(guó)防裝備上獲得了成功應(yīng)用，同時(shí)在鎂合金輪轂、手機(jī)外殼、手機(jī)屏蔽罩等鎂合金基材上開(kāi)展了中試應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

　　（3）在湖南科力遠(yuǎn)新能源股份有限公司鐘發(fā)平教授的帶領(lǐng)下，首次在國(guó)內(nèi)將化學(xué)鍍鎳應(yīng)用于泡沫鎳的連續(xù)化生產(chǎn)，自主成功研發(fā)連續(xù)化帶狀泡沫鎳（鎳氫電池的關(guān)鍵材料），打破了西方國(guó)家在該領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)的技術(shù)封鎖和市場(chǎng)壟斷，推動(dòng)了中國(guó)鎳電池生產(chǎn)企業(yè)電極生產(chǎn)的拉漿工藝從間斷到連續(xù)的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)也改變了全球泡沫鎳生產(chǎn)供應(yīng)的格局。《高強(qiáng)度超強(qiáng)結(jié)合力型泡沫鎳》項(xiàng)目獲得2001年湖南省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。

　　（4）以化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)控制技術(shù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)新性地開(kāi)展了以次磷酸鈉為還原劑的化學(xué)鍍銅動(dòng)態(tài)控制維護(hù)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)鍍銅的穩(wěn)定、連續(xù)化沉積。首次運(yùn)用以次磷酸鈉為還原劑的化學(xué)鍍銅工藝和化學(xué)鍍鎳組合，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異性能的電磁屏蔽用柔性導(dǎo)電布的連續(xù)化生產(chǎn)。采用本項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的導(dǎo)電布具有小于0.05Ω的表面電阻，屏蔽效能（SB）能在10M-20GHz的頻率范圍內(nèi)均可達(dá)到70dB以上、具有很好的耐腐蝕、抗氧和耐熱能力，使用壽命長(zhǎng)，導(dǎo)電布的多數(shù)性能指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

　　研究開(kāi)發(fā)了耐磨減摩復(fù)合化學(xué)復(fù)合沉積制備技術(shù)，滿足了不同工況條件下關(guān)鍵機(jī)械零部件摩擦磨損性能的需求；首次成功制備了納米粒子分布均勻的AL2O3/Ni-P、SIC/Ni-P化學(xué)復(fù)合鍍層，發(fā)明了納米粒子降低鎳-磷合金鍍層熱處理晶化溫度的方法：

　　利用化學(xué)鍍鎳-磷合金的工藝特點(diǎn)（均勻性好、結(jié)合力好）和性能特點(diǎn)（耐磨耐腐蝕），可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵機(jī)械零部件表面的精密均勻鍍覆和耐磨耐腐蝕一體化綜合防護(hù)。但工業(yè)上不同的工況條件對(duì)零部件的摩擦磨損性能提出了不同的需求，通過(guò)選擇自潤(rùn)滑固體顆粒（如聚四氟乙烯PTFE、石墨Gr）或陶瓷硬質(zhì)顆粒（如納米或微米級(jí)陶瓷顆粒）與鎳-磷合金復(fù)合改性，可以對(duì)鍍層的耐磨減摩性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　（1）納米材料和納米結(jié)構(gòu)是近年來(lái)的科技熱點(diǎn)，納米粒子具有小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)等特性，但傳統(tǒng)的物理冶金方法很難解決納米顆粒分散和界面高溫化學(xué)反應(yīng)等關(guān)鍵問(wèn)題。本研究采用化學(xué)復(fù)合鍍的方法成功制備了納米顆粒分布均勻、界面結(jié)合良好的表面復(fù)合材料，顯著提高了鍍層的硬度和耐磨性；同時(shí)在國(guó)內(nèi)外首次發(fā)現(xiàn)納米粒子的加入明顯降低了鎳-磷合金鍍層的熱處理晶化溫度。納米粒子對(duì)鍍層晶化溫度的降低具有很大的實(shí)際意義，一方面，降低熱處理溫度可以降低能耗，減少工件變形，特別是對(duì)于輕合金產(chǎn)品、高精度產(chǎn)品尤為關(guān)鍵；另一方面，鎳-磷合金鍍層常規(guī)的熱處理溫度在280~400℃，鍍層表面發(fā)生氧化變色，影響外觀，納米粒子的加入能將晶化溫度降低到230℃左右（時(shí)間8小時(shí)），鍍層表面顏色不發(fā)生變化。

　　（2）通過(guò)采用有效的表面活性劑和共沉積促進(jìn)劑成功地實(shí)現(xiàn)了SIC顆粒、聚四氟乙烯粉末或石墨與化學(xué)鍍鎳-磷合金的均勻復(fù)合，獲得了具有良好耐磨或減摩性能的鎳基表面復(fù)合材料，Ni-P/PTFE復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)最低達(dá)到0.1;通過(guò)表面活性劑的篩選和復(fù)配，制備了增強(qiáng)顆粒分布均勻的Ni-P/（PTFE+SIC）和Ni-P/（Gr+SIC）雙相粒子的化學(xué)復(fù)合鍍層，系統(tǒng)研究了各種復(fù)合化學(xué)鍍層在不同工況條件下的摩擦磨損性能，揭示了雙相粒子的摩擦磨損協(xié)同機(jī)制；結(jié)合化學(xué)鍍鎳動(dòng)態(tài)控制與維護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)復(fù)合鍍技術(shù)的連續(xù)穩(wěn)定制備。

　　（3）研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵機(jī)械零部件耐磨減摩復(fù)合鍍層制備技術(shù)在航空航天、無(wú)油潤(rùn)滑工業(yè)縫紉機(jī)、自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承、塑料模具等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)多項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品空白。耐磨減摩表面復(fù)合技術(shù)的研制對(duì)減少機(jī)械零部件的磨損和提升我國(guó)機(jī)械裝備的技術(shù)水平具有重要的經(jīng)濟(jì)社會(huì)意義。項(xiàng)目《關(guān)鍵機(jī)械零部件耐磨減摩復(fù)合鍍層制備技術(shù)及具應(yīng)用》獲得2007年上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　提出“前軀體自催化組裝制備超細(xì)空心金屬（合金）粉體”的研究新思路，揭示了動(dòng)態(tài)控制形成過(guò)程與機(jī)理，制備了形態(tài)結(jié)構(gòu)可控的超細(xì)空心金屬鎳粉，對(duì)特種功能材料或微納器件的制備與應(yīng)用具有重要價(jià)值：

　　空心結(jié)構(gòu)的金屬粉末由于其特殊的結(jié)構(gòu)，在化學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)和生物技術(shù)等方面表現(xiàn)出一些新穎的特性。目前制備空心結(jié)構(gòu)粉末的方法大多為模板法，生產(chǎn)效率低、模板去除因難、成本高。本項(xiàng)目提出了前軀體自催化組裝制備具有空心結(jié)構(gòu)的超細(xì)（或納米）金屬鎳粉體材料的新方法（ZL200510024798.4）。

　　（l）揭示了自催化還原制備具有空心結(jié)構(gòu)超細(xì)（納米）金屬鎳粉的形成過(guò)程與機(jī)理【Mater.Reseorch Bull.,2005,40（10）：1864-1870】，Ni（OH）2膠核作為模板，同時(shí)也作為反應(yīng)物參與還原反應(yīng)并不斷分解，最終形成具有空心結(jié)構(gòu)的超細(xì)鎳球；提出了自催化動(dòng)態(tài)反應(yīng)控制方法，獲得了空心鎳球粒度和形態(tài)結(jié)構(gòu)控制的制備技術(shù)，可制備出具有超細(xì)或納米尺寸的空心結(jié)構(gòu)、核-殼結(jié)構(gòu)、表面蜂窩結(jié)構(gòu)的鎳或鎳合金的金屬粉體和傳統(tǒng)的模板法（形態(tài)結(jié)構(gòu)主要由模板決定）相比，實(shí)現(xiàn)了空心粉末形態(tài)結(jié)構(gòu)的多樣化；

　　（2）發(fā)現(xiàn)了空心金屬鎳球粉末具有明顯的超順磁性和介電譜共振效應(yīng)現(xiàn)象；發(fā)明了一種鍍覆納米蜂窩狀金屬鉆鍍層的方法【ZL200510110672.9】，進(jìn)一步提高了空心金屬鎳球粉末的電磁特性；研究并發(fā)現(xiàn)空心鎳球與鈷改性鎳球具有良好的微波吸收性能；

　　（3）在自催化還原制備超細(xì)空心金屬鎳球的基礎(chǔ)上，提出了運(yùn)用Ni（OH）2前驅(qū)體在水溶液中催化還原制備納米空心材料的方法，成功制備了納米空心鎳線和穿孔鎳球，進(jìn)一步拓展了自催化還原制備具有空心結(jié)構(gòu)的新型材料或器件的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域；

　　（4）該方法制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉（成本和普通金屬鎳粉相當(dāng)），易實(shí)現(xiàn)批量制備，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的不足。采用本創(chuàng)新技術(shù)制備的超細(xì)空心鎳球具有優(yōu)異的微波吸收性能，可望為制備輕質(zhì)寬頻的微波吸收涂層提供新的吸收劑；超細(xì)空心鎳球、納米空心鎳線和穿孔鎳球等有望在納米器件、生化載體、催化劑載體等其他特種功能材料領(lǐng)域得到應(yīng)用。