毕业论文课题相关文献综述

1. 金属电沉积概述

电化学沉积是一门古老的艺术，在19世纪早期如1840年即已出现银和金的镀覆专利，不久以后又发明了镀镍技术，电镀铬工艺至今也约有一个世纪。随着科学技术的不断发展和深入，电化学沉积的研究领域不断拓展和扩展，已迅速地发展成为具有重大工业意义的一门技术，并已获得了巨大的成功^[1]。传统的电沉积过程，如Cu、Ni、Cr，强调的是装饰性和防腐性，今天，具有特殊用途的镀层的研究、开发和应用则已成为核心内容^[2-5]。

随着现代工业和科学技术的飞速发展，对材料表面的性能提出了越来越高的要求，不同类型的合金镀层可以得到各种特殊的表面性能^[6]。由于电沉积制备的合金具有许多优异性能，如高的耐蚀性、高的电催化活性和磁性以及优良的机械性能，而被广泛应用于工业上作为功能表层材料。电沉积合金的性能取决于电沉积形成合金的相组成及结构，它们与电沉积的条件有密切的关系， 选择适当的电沉积条件将可使所得合金镀层为一定的相组成，从而可获得某一特定性能的材料。因此，了解电沉积条件对电沉积功能合金相组成的影响具有重要的意义，现场测量技术将有助于适宜电沉积条件的控制，以便获得所需的合金。采用阳极溶出伏安法，可以在电沉积过程中现场测定电沉积合金的相组成。在阳极线性电位扫描的极化条件下，合金阳极溶解特性取决于其相组成。合金中各组元依其平衡性质和动力学性质的不同而在不同的电位下溶解。当合金为固溶体结构时，组成合金的组元保持相互溶解的状态和结构上的均匀性，溶剂组元的晶格不被破坏，合金呈单相结构，在阳极电位扫描时，组成合金的各个组元将在同一电位下溶解，在伏安曲线上出现一个电流峰，但由于组元之间存在一定的相互作用，合金形成时体系的自由能降低，合金溶解电位将比合金较正组元单独溶解的电位要正一些。当合金为共晶体结构时，合金各组元之间的相互作用可以忽略，各组元的自由能不变，因而各组元的溶解电位将与它们单独存在时的溶解电位相同。当合金为金属中间相和金属间化合物结构时，由于各新相和新化合物的自由能不同于纯金属的自由能，它们的可逆电位将不同于纯金属的可逆电位且每一相或每一化合物都有各自的可逆电位值，在阳极溶出伏安曲线上，每一相或每一化合物都有一对应的电流峰，合金中有几个金属中间相或金属间化合物，伏安曲线上就出现几个电流峰。这样，只要合金阳极溶解时不发生钝化，就可以根据阳极溶出伏安曲线来分析判断合金的相组成。为使沉积层达到一定要求，常规的电沉积方法大量使用络合剂、缓冲剂或含氰电沉积液^[7]。

1.1 金属电沉积定义

金属电沉积是通过电解方法，即通过在电解池阴极上金属离子的还原反应和电结晶过程在固体表面生成金属层的过程。其目的是改变固体材料的表面性能或制取特定成分和性能的金属材料。电沉积纳米晶材料的形成由2个步骤控制：形成高晶核数目和控制晶核的成长。通常用电沉积法制备纳米晶合金的方法有2种：直流电沉积法^[8]和脉冲电沉积法^[9]。

金属电沉积应用的领域也很广泛，现在电沉积这一古老而又年轻的技术已广泛应用于医疗器械、航天航海导航仪器、机械制造、电子设备、电力设备和仪表制造等领域中，据不完全统计，用电沉积方法已制备了超过30种纳米合金^[10-13]，如ZnNi纳米合金、Ni-P纳米合金、NiCo纳米合金、NiFe纳米合金、NiW纳米合金等，这些合金运用到生活中的方方面面。在常温常压下，采用电化学方法电沉积制备纳米合金材料，通过调整阴极和阳极面积、电流密度、电压等技术参数，控制产品的结构、组成和性能。与现有传统工艺相比，本技术具有工艺简单、能耗低、无污染、设备投资小、生产成本低、生产效率高等特点。

1.2 金属电沉积的基本历程

金属电沉积的基本历程，一般由以下几个单元步骤串联组成：

（1）液相传质：溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极表面迁移。

（2）前置转化：迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转化反应，如金属水化离子水化程度降低和重排；金属络离子配位数降低等。