SiC纳米颗粒增强Ag-Si复合涂层的电沉积制备及其耐磨耐腐蚀性能研究

为解决银基涂层易硫化腐蚀、机械性能不足的问题，研究人员通过脉冲反向电沉积技术将SiC纳米颗粒引入Ag-Si复合涂层体系。研究证实4 g/L SiC添加使摩擦系数降至0.4±0.03，腐蚀电流密度降低两个数量级至7.31×10?10 A·cm?2，显著提升涂层在人工汗液和硫化铵环境中的耐久性，为电子器件和装饰材料表面处理提供新方案。

　　

银因其优异的导电性和抗菌性能广泛应用于电子器件和装饰领域，但银在含硫环境中易形成硫化银导致表面变暗和性能退化。传统解决方案如银合金（Argentium、Sterling）虽能提升性能，但含银量超过91%导致成本高昂。更经济的方案是在廉价基材上镀覆功能性涂层，然而现有银基涂层在耐磨性和抗硫化腐蚀方面仍存在不足。

为突破这一技术瓶颈，研究人员创新性地采用脉冲反向电沉积（PRED）结合电泳沉积（EPD）技术，将碳化硅（SiC）纳米颗粒引入银-硅（Ag-Si）复合涂层体系。通过优化Na₂SiF₆电解质体系和阳离子表面活性剂CTAB的配比，成功实现硅与银的共沉积，制备出具有纳米结构的Ag-Si-SiC复合涂层。

关键技术包括：1）脉冲反向电沉积参数优化（频率10 Hz，占空比75%）；2）电泳沉积法引入SiC纳米颗粒；3）多层镀覆体系设计（Cu/Ni/Ag-Strike/Ag-Si-SiC）；4）线性扫描伏安法（LSV）分析沉积动力学；5）人工汗液（BS EN 1811-1998标准）和硫化铵双体系腐蚀测试。

表面形貌与涂层微观结构
XRF证实涂层含0.3%硅元素，PRC工艺使晶粒尺寸从20 μm细化至1.2 μm。LSV显示在1.1 V和1.3 V（vs Ag/AgCl）出现两个阴极峰，分别对应Ag⁺还原和SiF₆^2?共沉积。SiC纳米颗粒（4 g/L）填充涂层孔隙形成致密结构，但18 g/L时出现团聚现象。

腐蚀行为
在人工汗液中，PRC Ag-Si的腐蚀电流（7.31×10^?8 A/cm²）比DC涂层降低98%。EIS显示其电荷转移电阻（R₂）达58,914 Ω·cm²，CPE1电容值（1.68×10^?4 F/cm²）表明表面吸附减少。XRD检测到SiO₂钝化层（20-30°衍射峰），有效抑制AgCl腐蚀产物的形成。

磨损与显微硬度
SiC添加使维氏硬度提升20%（107.92±7 HV），摩擦系数稳定在0.4±0.03。SEM显示PRC Ag-Si-SiC磨损轨迹最浅（深度<5 μm），表面仅出现微裂纹，而DC涂层呈现深度裂纹和0.15 wt.%铁转移。

该研究证实脉冲反向电沉积可突破Hume-Rothery规则限制，实现Ag-Si非平衡共沉积。4 g/L SiC纳米颗粒通过机械约束效应和载荷转移机制，在不牺牲腐蚀性能（硫化铵中R_p=385.8 Ω·cm²）的前提下，使耐磨性提升33%。相较于含锗（Ge）涂层，硅基体系降低成本的同时保持等效防护性能，为珠宝、电子连接器等易腐蚀部件的表面处理提供工业化解决方案。涂层在37℃人工汗液中的年腐蚀速率仅8.109×10^?8 mm/year，显著优于传统镀银工艺。