复合电镀是通过金属电沉积的方法，将一种或几种不溶性固体颗粒(Al₂O₃，SiC，TiC等)均匀地夹杂到金属基质中，形成具有特殊性能的镀层。随着电镀技术和纳米制备技术的发展，纳米复合镀层已成为国内外许多学者关注的热点。采用复合电镀技术，以纳米颗粒替代微米颗粒，可制备比微米复合镀层各项性能更为优异的纳米复合镀层。

目前，在镍基复合镀层中，加入不溶性颗粒如Al₂O^{[1, 2, 3]}₃，BN^[4]，SiC^{[5, 6, 7]}，Si₃N₄ ^[8]，TiC^[9]等高硬度的颗粒形成具有高硬度和高耐磨性的复合镀层；另外，加入具有自润滑性的颗粒如PTFE^[10]，MoS^{[11, 12]}₂和WS^[13]₂等形成具有减摩性能的复合镀层。而在镀液中同时加入这两种不同性质的颗粒，可得到既有较好耐磨性又有良好自润滑性的复合镀层。Wu等^[14]采用化学镀制备了Ni-P-SiC-PTFE复合镀层，研究表明，Ni-P-SiC-PTFE复合镀层的减摩性能优于Ni-P-SiC，而耐磨性能又高于Ni-P-PTFE镀层，表现出良好的减摩-耐磨综合性能；Huang等^[15]采用化学镀的方法，分别制备了纯Ni镀层，Ni-SiC，Ni-PTFE和Ni-SiC-PTFE复合镀层，研究表明，Ni-SiC-PTFE复合镀层综合了Ni-SiC和Ni-PTFE的优点，滑动磨损量为纯镍镀层的1/7；Wang等^[16]采用微弧氧化技术，在铝合金表面制备了Al₂O₃/PTFE复合镀层，与单一的Al₂O₃层相比，复合镀层具有更低的磨损量、低而稳定摩擦因数；Huang等^[17]首先对MoS₂颗粒包覆Al₂O₃，然后采用复合电镀的方法，在镀镍溶液中制备Ni/MoS₂/Al₂O₃复合镀层，显微硬度和耐磨性能明显高于单一的Ni/MoS₂镀层。王兰等^[18]采用化学镀制备了Ni-P-SiC-MoS₂复合镀层，镀层的硬度低于Ni-P-SiC而高于Ni-P-MoS₂镀层，摩擦磨损性能都优于Ni-P-SiC 和Ni-P-MoS₂镀层。丁元柱等^[19]采用电刷镀技术，制备了具有良好的耐磨减摩纳米SiC-MoS₂/Ni复合刷镀层。

复合电沉积技术具有工艺简单、成本低、可以在常温下操作、不影响主体材料内部性质等优点，在耐磨减摩复合材料的研究与开发中占有重要的地位。采用双脉冲电源共沉积制备Ni-MoS₂-SiC复合镀层的研究鲜见报道。本工作在前期研究^[20]的基础上，主要研究了Ni/MoS₂复合镀层基础上，镀液中添加纳米SiC颗粒，研究复合镀液中纳米SiC颗粒浓度对Ni/MoS₂复合镀层组织结构及摩擦性能的影响，这方面的研究具有一定的理论意义与实用价值。

以纯镍板为阳极，99.99%的紫铜块切割成尺寸为15mm×10mm×2mm的试样为阴极，采用双脉冲电源，在纯铜上沉积Ni-MoS₂基纳米复合镀层。电镀液组成为：硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)300g/L、氯化镍(NiC1₂·6H₂O)30g/L、硼酸(H₃BO₃)30g/L和适量的表面活性剂十二烷基硫酸钠。复合镀液中纳米MoS₂颗粒的粒径为40nm，加入浓度为2.5g/L，纳米SiC的粒径为40nm，镀液中加入量为0.5，1.0g/L和1.5g/L。电沉积工艺参数及条件：正向电流密度为2A/dm²，反向电流密度为0.2A/dm²，脉冲频率为1kHz，脉冲占空比为0.5，镀液温度采用水浴控制在30℃，镀液采用机械搅拌，转速为200r/min，电镀时间为10h。电镀前，纳米颗粒加入预先配制好的镀液中，机械搅拌0.5h，再超声波震荡15min后，加入镀液并机械搅拌15min后复合镀。

采用WTM-2E型可控气氛微型摩擦磨损仪。测试条件：Si₃N₄球为对磨材料，直径φ4mm；载荷200g，转速为250r/min，环境温度为室温，磨痕半径为4mm。采用FM-700型显微硬度机测试，所加载荷为100g，加载时间为15s，在试样截面5个不同部位测试硬度，取平均值。

采用JSM-6380LV扫描电镜(SEM)配能谱分析仪(EDS)分析渗层表面及磨损表面的微观形貌；采用 Bruker D8 Advance 型转靶 X 射线衍射仪(XRD)分析镀层结构，旋转靶为铜靶，采用CuK_α射线，管电流40mA，管电压40kV，步长0.02°，扫描速率为5.0(°)/min。

图 1为镀液中添加不同浓度纳米SiC颗粒后，Ni/MoS₂基复合镀层的微观形貌。其中，图 1(a)为未添加纳米SiC颗粒，图 1(b)~(d)为镀液中分别添加0.5，1.0g/L和1.5g/L纳米SiC颗粒。镀液中添加纳米SiC颗粒后，对复合镀层的微观形貌有明显的影响。从图 1中微观形貌看出，镀液中未添加纳米SiC时，Ni-MoS₂复合镀层疏松；镀液中添加0.5g/L SiC后，镀层的致密度没有明显改善；随着镀液中纳米SiC颗粒的浓度增加到1.0g/L SiC时，复合镀层的致密性提高，如图 1(c)所示；继续增加镀液中SiC的浓度到1.5g/L时，复合镀层的微观形貌无明显变化。这是由于MoS₂ 是导电性微粒，当纳米颗粒被吸附到镀层上，镍离子不但沉积在镀镍层表面，还覆盖在纳米颗粒上并突出镀层表面，镍离子在这些突点处沉积的速率比较快；突点覆盖有镍金属层也更易于捕获镀液中的MoS₂，并形成了树枝状组织成长^[21]。镀液中添加非导体的纳米SiC颗粒后，SiC 颗粒本身导电性能差，不会直接作为镍结晶形核的有利场所而参与电沉积过程，在吸附了大量阳离子的纳米碳化硅颗粒在阴极表面黏附，颗粒可以通过它们吸附离子层促进离子输送到阴极表面，对镍结晶产生了扰动作用，改变了MoS₂在镀液中单独存在时的生长方式；另一方面，由于纳米颗粒量多，碰撞几率加大，出现团聚体，镀层中SiC 粒子增多，形成表面堆积，复合镀层表面呈“菜花”状。经EDS分析，镀液中分别添加0.5，1.0g/L和1.5g/L 纳米SiC颗粒后，镀层中Si的原子分数分别为1.70%，2.34%和3.27%。

	图 1 镀液中不同SiC浓度时复合镀层的微观形貌 (a)未添加；(b)0.5g/L；(c)1.0g/L；(d)1.5g/L Fig. 1 SEM images of the surface of composite coatings with different SiC content in the solution (a)without addition SiC;(b)0.5g/L;(c)1.0g/L;(d)1.5g/L
图选项

图 2为镀液中添加不同浓度纳米SiC颗粒后，Ni-SiC复合镀层截面微观形貌。由图 2看出，本实验镀液中纳米SiC颗粒添加量在0.5~1.5g/L范围内，纳米SiC颗粒较均匀分散在镀层内，且含量随镀液中颗粒浓度的增加而增加。

图 3为镀液中不同SiC浓度时复合镀层XRD图谱。从图 3看出，镀液中添加 0.5g/L纳米SiC后，衍射图谱中没有出现SiC衍射峰，由于复合镀层内纳米SiC颗粒的复合量较少，复合镀层主要有Ni和MoS₂组成。随镀液中纳米SiC颗粒添加量的增加，镀液中纳米SiC颗粒添加量超过1.0 g/L时，XRD图谱中出现了SiC的特征峰。这是由于镀液中添加纳米SiC颗粒后，SiC颗粒占据了阴极表面局部位置，与镍共沉积到复合镀层中，形成了含纳米MoS₂和SiC组成的复合镀层。

	图 2 复合镀层的截面微观形貌 (a)未添加；(b)0.5g/L；(c)1.0g/L；(d)1.5g/L Fig. 2 SEM images of the cross-section of composite coatings with different nano-SiC content in the solution (a)without addition SiC;(b)0.5g/L;(c)1.0g/L;(d)1.5g/L
图选项

	图 3 镀液中不同SiC浓度时复合镀层XRD图谱 (a)未添加；(b)0.5g/L；(c)1.0g/L；(d)1.5g/L Fig. 3 XRD patterns of the composite coatings with different SiC content in the solution (a)without addition SiC;(b)0.5g/L;(c)1.0g/L;(d)1.5g/L
图选项

图 4为镀液中纳米SiC颗粒的加入量与复合镀层显微硬度的关系。从图 4看出，随加入量的增加，镀层的显微硬度逐渐增大。镀液中未添加SiC时，复合镀层的显微硬度为365HV。镀液中纳米SiC颗粒加入量为1.5g/L时，显微硬度为505HV。在纳米SiC颗粒添加前，Ni-MoS₂复合镀层的显微硬度提高，归因于纳米MoS₂ 在镀层内的弥散强化作用所致；镀液添加纳米SiC颗粒后，复合镀层的显微硬度主要由镀层内纳米SiC复合量决定，SiC是硬质材料，当共沉积到镀层中，在镀层中起弥散强化和颗粒强化作用，复合量越大，镀层硬度越高。

	图 4 镀液中 SiC浓度对复合镀层硬度的影响 Fig. 4 The effect of SiC particles content in the solution on hardness of coatings
图选项

图 5是在不同添加物浓度SiC的影响下镀层的摩擦因数与时间关系的变化曲线图。从图 5可以看出，当镀液中不添加SiC时，镀层的摩擦因数波动小，滑动5min后，摩擦因数一直维持在0.57左右；镀液中添加0.5g/L SiC时，镀层的摩擦因数减小，在30min滑动时间内，基本维持在0.45左右；镀液中添加1.0g/L SiC时，滑动5min后，摩擦因数在0.39~0.42之间波动；镀液中添加1.5g/L SiC时，摩擦因数波动较大，摩擦因数维持在0.25~0.29。复合镀层的摩擦因数随镀液中纳米SiC增加而降低，这主要归因于镀层内硬质相SiC颗粒复合量增加，与复合镀层的显微硬度结果相吻合。

	图 5 摩擦因数随时间变化的曲线 Fig. 5 Relationship between coefficient and sliding time
图选项

图 6为镀液中添加不同浓度SiC颗粒的复合镀层表面磨痕微观形貌。由图 6可知，Ni/MoS₂ 复合镀层的磨损犁沟较宽，而且还观察到磨痕表面有材料转移的痕迹，复合镀层由磨粒磨损为主的黏着-磨粒磨损混合机制组成，如图 6(a)所示；镀液中添加0.5g/LSiC后，复合镀层表面的磨损机制与未添加纳米SiC时相类似；当镀液中添加SiC颗粒浓度超过1.0g/L后，由图 6(c)中可明显观察硬质颗粒造成的变形和摩擦痕迹，表面分布着平行于滑动方向的犁沟，呈典型的磨粒磨损机制；镀液中添加1.5g/L SiC后，复合镀层的磨痕表面明显与其他条件下制备的镀层不同，犁沟方向与滑动方向一致但不连续，呈网络状，如图 6(d)所示。这是由于复合镀层内的MoS₂和SiC分别为软质、硬质材料，在抵抗磨损的过程中，起着不同的作用，镀层中的MoS₂在磨损过程中与对磨件摩擦时，能在接触表面之间形成一层MoS₂，固体润滑膜，起到润滑作用，降低镀层的摩擦因数，SiC第二相固体微粒嵌入基质金属后，高硬度能有效地提高材料抗黏着和抗磨粒磨损的能力，会阻碍其位错的移动和晶格的畸变，对镀层起到弥散强化的作用，复合量越大，复合镀层抵抗塑性变形的能力越强，因此镀层具有较低的摩擦因数和较高的硬度。

	图 6 镀液中添加不同浓度SiC的复合镀层磨痕形貌 (a)未添加；(b)0.5g/L；(c)1.0g/L；(d)1.5g/L Fig. 6 SEM morphology of the wear tracks of the composites coatings deposited with different content of nano SiC particles in electrolyte (a)without addition SiC;(b)0.5g/L;(c)1.0g/L;(d)1.5g/L
图选项

(1)镀液中添加纳米后，复合镀层的微观形貌发生了改变，随镀液中纳米SiC浓度的增加，镀层表面致密度提高；复合镀层的组织主要由Ni+MoS₂+SiC组成。

(2)镀液中添加纳米SiC后，复合镀层硬度明显提高，并随镀液中纳米SiC浓度的增加而增加，当镀液中纳米SiC添加量为1.5g/L时，复合镀层显微硬度达到最大，为505HV，摩擦因数最小，为0.28，分别为纯Ni/MoS₂的1.6倍和1/2。复合镀层的磨损机制以磨料磨损为主。