李远会，王海峰，黄碧芳，张晓燕，郭忠诚

(1.昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明 650039;2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550003)

引 言

在电能转换、输配、控制与调节过程中，电接触元件是开关电器通断转换能力和可靠性的关键［1］。目前，电接触材料主要为银基、铜基两大类。目前，铜基电接触材料制备方法主要是粉末冶金以及其衍生工艺［2］。近几年，电镀铜基合金［3-4］的电接触元件既有铜基体电阻率低、导电性好的优点，同时镀层具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐电弧和抗氧化等优点，其综合性能也已达到国内外低压弱电开关同类先进产品的水平。银资源稀缺，较昂贵，回收率低。无银环保型铜基电接触材料已成各国电接触领域研究的重点［1］。铜元素是铜基电接触材料的主要合金元素之一［5-7］，电镀多元合金镀层/铜基体无银电接触材料未见报道。本文拟从热力学角度分析制备Cu-Mo-Co合金的可行性。

1 Cu-H2O体系下φ-pH图

表1 为T=298K，Cu-H2O体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据［8］导出的φ-pH表达式。

表1 Cu-H2O体系中主要反应和平衡条件

在Cu-H2O体系φ-pH图中(图1)，a-①-②线区域里的Cu2+水溶液中都能电镀Cu金属，即酸性或碱性Cu2+水溶液均能电镀单质Cu。本文热力学分析只限于φ-pH图电镀金属或合金的区域，图1中a、b直线分别表示标准状态下H2、O2的平衡线，φpH表达式涉及的离子浓度均为0.1mol/L。

图1 Cu-H2O系φ-pH图

2 Co-H2O体系下φ-pH图

表2 为T=298K，Co-H2O体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据［9］导出的φ-pH表达式。

表2 Co-H2O体系中主要反应和平衡条件

在Co-H2O系图中(图2)，a-①-⑤线范围内的区域里的Co2+水溶液能电镀单质Co。但该区域狭窄，容易引起析氢、渗氢或氢氧化物胶体电沉积。

图2 Co-H2O系φ-pH图

3 Mo-H2O体系φ-pH图

Mo-H2O体系的水溶液化学性质较为复杂，本文考虑该体系存在的物种主要有Mo、MoO2、MoO3、Mo3+、HMoO4－及MoO42－。表 3 为 T=298K，Mo-H2O体系中主要考虑的反应及根据反应组分的热力学数据导出的φ-pH表达式［10］。

表3 Mo-H2O体系中主要反应和平衡条件

在Mo-H2O系φ-pH图中(图3)，a析氢平衡线在平衡线的上方，故不能从水溶液中析出。参照文献［11］的分析方法，图1和图3简单叠合(图4)发现，在a析氢平衡线上方无共沉积热力学稳定区域，说明Cu-Mo二元合金不能从含Cu2+、MoO42－水溶液中析出。但在Co2+诱导下，Co2+、MoO42－水溶液中能析出Cu-Mo合金［12］，析出过程可能与诱导金属吸附的氢原子将 MoO2进一步还原成零价钼［13］有关。

从Cu-Co二元相图看出，常温下Cu、Co组分几乎不相溶。将图1和图2机械重合(图5)发现，图2中 a-①-⑤实线围成的区域内，Cu-Co合金中从Cu2+、WO42－水溶液能共沉积析出，其相关的电镀工艺已有报道［12］。

图3 Mo-H2O系φ-pH图

图4 Cu-Mo-H2O系φ-pH叠合图

图5 Cu-Co-H2O系φ-pH叠合图

4 结论

Cu-Co合金能在含Cu2+、Co2+的水溶液热力学稳定区里共沉积析出，Cu-Mo合金不能在含Cu2+、MoO42－水溶液中析出，但 Cu-Mo合金在含 Co2+、MoO42－水溶液能诱导析出。因此，电镀法制备Cu-Mo-Co合金是可行的，Cu-Mo-Co合金电镀过程还需在工艺条件、动力学及机理等方面作进一步研究。

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