碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层制备方法及应用与流程

本发明涉及一种降低释氢量的碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层制备方法及应用，属于表面工程技术领域。

背景技术：

碳化硅颗粒组分体积百分含量为40％～70％的高体分碳化硅颗粒增强铝基复合材料(sicp/al复合材料)具有较高的热导率、比强度、比刚度、弹性模量、耐磨性和低的热膨胀系数等优异性能，在航天领域广泛应用于t/r组件的管壳结构中。

航天器星载相控阵天线、sar天线t/r组件高体分sicp/al复合材料管壳为满足功率器件、芯片的焊接功能要求，需在其表面制备金镀层。

目前，通常将高体分sicp/al复合材料经前处理后先通过化学镀镍法制备一层镍层，然后通过电镀法加厚镍层，再进行镀金，得到金镀层。

现有工艺制备的高体分sicp/al复合材料金镀层，在使用时会持续释放吸附的镀金工艺中产生的氢气，而t/r组件管壳为密封结构，导致氢气无法排除管壳，管壳内部氢含量随着时间的延长而增加，由于t/r组件管壳内部包含大量的氢敏感器件，当管壳内部氢气含量超过一定指标后，将引发氢敏感器件出现“氢中毒”问题，进而导致t/r组件的报废。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层制备方法及应用，通过二次真空除氢，有效降低金镀层的释氢量，避免释氢导致的危害。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种降低释氢量的碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层制备方法，包括以下步骤：

(1)对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行前处理；

(2)对前处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行二次浸锌；

(3)对二次浸锌后的材料进行一次化学镀镍；

(4)清洗、干燥后，对一次化学镀镍后的材料进行真空除氢；

(5)进行喷砂处理后，进行二次化学镀镍；

(6)在镍层表面镀金，然后进行二次真空除氢，得到具有金镀层的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。

在一可选实施例中，步骤(4)所述的对一次化学镀镍后的材料进行真空除氢，包括：将具有镍层的材料置于230～270℃、真空度≤1×10^-2pa的条件下22～24h。

在一可选实施例中，步骤(6)所述的进行二次真空除氢，包括：

在230～270℃、真空度≤1×10^-2pa的条件下放置96～98h进行二次真空除氢。

在一可选实施例中，步骤(1)所述的对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行前处理，包括：

对所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行有机除油、化学除油及出光处理。

在一可选实施例中，所述有机除油包括：

擦拭所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料表面，使所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料被水完全润湿且水膜30s内不断。

在一可选实施例中，所述的化学除油包括：

将所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料放入温度为50～60℃的化学除油溶液中保持3～5s，然后用水清洗掉表面残留溶液，其中所述化学除油溶液由以下组份组成：

碳酸钠30～50g/l、磷酸钠30～50g/l、硅酸钠3～5g/l，其余为水。

在一可选实施例中，所述的出光，包括：

在室温下，将所述碳化硅颗粒增强铝基复合材料放入300～500g/l硝酸溶液中直至表面光亮，然后用水清洗掉表面残留溶液。

在一可选实施例中，步骤(2)所述的对前处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行二次浸锌，包括：

先在室温下，将前处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料放入浸锌溶液中保持10～15s进行一次浸锌，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述浸锌溶液由以下组份组成：氢氧化钠500～550g/l、氧化锌90～100g/l、氯化铁1～2g/l、酒石酸钾钠8～12g/l，其余为水；

然后将一次浸锌后的复合材料放入质量浓度为50～65％的硝酸中保持5～10s进行退锌，用水洗掉表面残留硝酸；

之后在室温下，将退锌后的复合材料放入所述浸锌溶液中保持10～15s进行二次浸锌，然后洗掉表面残留溶液。

在一可选实施例中，步骤(3)所述的对二次浸锌后的材料进行一次化学镀镍，包括：

将二次浸锌后的复合材料放入化学镀镍溶液中保持50～70min进行一次化学镀镍，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述化学镀镍溶液温度为70～80℃、ph值为4.2～4.6，所述化学镀镍溶液由以下组份组成：硫酸镍20～30g/l、次亚磷酸钠15～25g/l、乳酸15～25g/l、乙二胺二盐酸盐1～3g/l、丁二酸5～10g/l、十二烷基磺酸钠0.1～0.2mg/l、碘酸钾8～12mg/l、硝酸钾45～55mg/l、硫脲0.3～0.8mg/l，其余为水。

在一可选实施例中，步骤(5)所述的进行二次化学镀镍，包括：

将喷砂处理后的复合材料放入所述化学镀镍溶液中保持10～20min进行二次化学镀镍，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述化学镀镍溶液温度为70～80℃。

在一可选实施例中，步骤(5)所述的喷砂处理，包括：

喷砂沙粒为100目或120目的白玉刚，气源压强为0.05mpa～0.1mpa，喷枪与零件距离为50mm～200mm，喷砂次数为3～5次。

在一可选实施例中，步骤(6)所述的在镍层表面镀金，包括：

将二次镀镍后的材料放入镀金溶液进行镀金，然后洗掉表面残留溶液，吹干，其中，镀金时阳极板为金板，阴极电流密度为0.2～0.4a/dm²、电流持续时间为12～20min，所述镀金溶液温度为60～80℃、ph值为5.5～6.0，所述镀金溶液由以下组份组成：金3～5g/l、软纯金k24hf开缸剂350～450ml/l、软纯金k24hf补充剂35～45ml/l、软纯金k24hf添加剂4～5ml/l，其余为水。

上述方法制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层。

上述方法制备的具有金镀层的碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航天器t/r组件中的应用。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用二次真空除氢的方式，一次真空除氢时主要去除高体分sicp/al复合材料在前处理及一次化学镀镍过程中产生的氢气，能够有效的避免后续金镀层对氢气释放的阻挡作用，从而能够实现采用较短的时间实现氢气的去除，二次真空除氢主要去除二次化学镀镍以及镀金所产生的氢气，并能够有效的去除一次真空除氢未能除尽的氢气；

(2)本发明针对高体分sicp/al复合材料镀覆后内部氢气的吸附特性，经过多年大量试验研究，将真空除氢的温度定位230℃～270℃，在该温度区间内高体分sicp/al复合材料镀覆后内部氢气的释放效率较高，且能够将在常温条件下会发生缓慢释放的主要存在状态的氢气去除，既能够避免高温长时间真空烘烤对高体分sicp/al复合材料力学性能以及镀覆氧化的影响，又能够将管壳在正常使用状况下释放的主要氢气去除；

(3)本发明能够在碳化硅颗粒组分体积百分含量较高(40％～70％)的高体分sicp/al复合材料表面制备外观均匀的金镀层，且经250℃、48h高温激发后释氢量≤4000ppm。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的具有金镀层的高体分sicp/al复合材料样件外观图；

图2为本发明实施例1提供的具有金镀层的高体分sicp/al复合材料截面微观形貌图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种降低释氢量的碳化硅颗粒增强铝基复合材料金镀层制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)、对碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行前处理；

具体地，本发明实施例中所述的sicp/al复合材料既可以为碳化硅颗粒组分体积百分含量较低(＜40％)的低体分sicp/al复合材料，还可以为碳化硅颗粒组分体积百分含量较高(40％～70％)的高体分sicp/al复合材料；

所述的前处理可以包括该类材料镀金前的各前处理工艺，优选对所述sicp/al复合材料进行有机除油、化学除油及出光处理，其中：

所述有机除油优选工艺为：擦拭所述sicp/al复合材料表面，使所述sicp/al复合材料被水完全润湿且水膜30s内不断；

所述的化学除油优选工艺为：将所述sicp/al复合材料放入温度为50～60℃的化学除油溶液中保持3～5s，然后用水清洗掉表面残留溶液，其中所述化学除油溶液由以下组份组成：碳酸钠30～50g/l、磷酸钠30～50g/l、硅酸钠3～5g/l，其余为水。

所述的出光优选工艺为：在室温下，将所述sicp/al复合材料放入300～500g/l硝酸溶液中直至表面光亮，然后用水清洗掉表面残留溶液。

步骤(2)、对前处理后的碳化硅颗粒增强铝基复合材料进行二次浸锌；

本发明实施例中，可以采用常规二次浸锌工艺，本发明不作限定；优选二次浸锌工艺如下：

先在室温下，将前处理后的sicp/al复合材料放入浸锌溶液中保持10～15s进行一次浸锌，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述浸锌溶液由以下组份组成：氢氧化钠500g/l～550g/l、氧化锌90g/l～100g/l、氯化铁1g/l～2g/l、酒石酸钾钠8g/l～12g/l，其余为水；然后将一次浸锌后的复合材料放入质量浓度为50～65％的硝酸中保持5～10s进行退锌，用水洗掉表面残留硝酸；之后在室温下，将退锌后的复合材料放入所述浸锌溶液中保持10～15s进行二次浸锌，然后洗掉表面残留溶液。

步骤(3)、对二次浸锌后的材料进行一次化学镀镍；

本发明实施例中，优选一次化学镀镍工艺如下：

将二次浸锌后的复合材料放入化学镀镍溶液中保持50～70min进行一次化学镀镍，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述化学镀镍溶液温度为70～80℃、ph值为4.2～4.6，所述化学镀镍溶液由以下组份组成：硫酸镍20～30g/l、次亚磷酸钠15～25g/l、乳酸15～25g/l、乙二胺二盐酸盐1～3g/l、丁二酸5～10g/l、十二烷基磺酸钠0.1～0.2mg/l、碘酸钾8～12mg/l、硝酸钾45～55mg/l、硫脲0.3～0.8mg/l，其余为水。

步骤(4)、清洗、干燥后，对一次化学镀镍后的材料进行一次真空除氢；

优选，将具有镍层的材料置于230～270℃、真空度≤1×10^-2pa的条件下22～24h进行一次真空除氢。

步骤(5)、进行喷砂处理后，进行二次化学镀镍；

本发明实施例中，优选喷砂处理工艺如下：

喷砂沙粒为100目或120目的白玉刚，气源压强为0.05mpa～0.1mpa，喷枪与零件距离为50mm～200mm，喷砂次数为3～5次。

本发明实施例中，优选二次化学镀镍工艺如下：

将喷砂处理后的复合材料放入所述化学镀镍溶液中保持10～20min进行二次化学镀镍，然后洗掉表面残留溶液，其中，所述化学镀镍溶液温度为70～80℃。

步骤(6)、在镍层表面镀金，然后进行二次真空除氢，得到具有金镀层的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。

可以采用常规镀金工艺，本发明不作限定；优选镀金工艺如下：

将镀镍后的复合材料放入镀金溶液进行镀金，然后洗掉表面残留溶液，吹干得到金镀层，其中，阳极板为金板，阴极电流密度为0.2～0.4a/dm²、电流持续时间为12～20min，所述镀金溶液温度为60～80℃、ph值为5.5～6.0，所述镀金溶液由以下组份组成：金3～5g/l、软纯金k24hf开缸剂350～450ml/l、软纯金k24hf补充剂35～45ml/l、软纯金k24hf添加剂4～5ml/l，其余为水。其中，优选通过无油压缩空气进行吹干。

本发明实施例中，优选进行二次真空除氢工艺包括，包括：

在230～270℃、真空度≤1×10^-2pa的条件下放置96～98h进行二次真空除氢。

以下为本发明的具体实施例，各实施例所用原料均为市售产品。

实施例1

1)擦拭高体分(70％)sicp/al复合材料表面，使高体分sicp/al复合材料表面被水完全润湿且水膜30s内不断；

2)将步骤1)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行化学除油，化学除油溶液配方及操作条件如下：

化学除油完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

3)将步骤2)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

4)将步骤3)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行出光，出光溶液配方及操作条件如下：

硝酸溶液400g/l

溶液温度室温

持续时间光亮为止

出光完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

5)将步骤4)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

6)将步骤5)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行一次浸锌，一次浸锌溶液配方及操作条件如下：

一次浸锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

7)将步骤6)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

8)将步骤7)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行退锌，退锌溶液配方及操作条件如下：

硝酸溶液50％(质量浓度)

时间5s

退锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

9)将步骤8)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

10)将步骤9)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行二次浸锌，二次浸锌溶液配方及操作条件如下：

二次浸锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

11)将步骤10)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

12)将步骤11)得到的高体分sicp/al复合材料进行一次化学镀镍，一次化学镀镍溶液配方及操作条件如下：

13)将步骤12)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

14)将步骤13)得到的高体分sicp/al复合材料表面采用无油压缩空气吹干；

15)将步骤14)得到的高体分sicp/al复合材料进行一次真空除氢，一次真空除氢的操作条件如下：

温度250℃

真空度5×10^-3pa

时间24h

16)将步骤15)得到的高体分sicp/al复合材料进行喷砂处理，喷砂处理时要求：砂粒种类为白刚玉，粒径尺寸为100目，气源压强为0.05mpa，喷枪与零件距离为50mm，喷砂次数为3次；

17)将步骤16)得到的高体分sicp/al复合材料进行二次化学镀镍，二次化学镀镍溶液配方及操作条件如下：

18)将步骤17)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

19)将步骤18)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行镀金，镀金的溶液配方及操作条件如下：

镀金完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

20)将步骤19)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

21)将步骤20)得到的高体分sicp/al复合材料表面采用无油压缩空气吹干；

22)将步骤21)得到的高体分sicp/al复合材料进行二次真空除氢，二次真空除氢的操作条件如下：

温度250℃

真空度5×10^-3pa

时间96h

二次真空除氢处理后得到镀有金层的高体分sicp/al复合材料。

得到的具有金镀层的高体分sicp/al复合材料样件外观如图1所示；将得到的具有金镀层的高体分sicp/al复合材料采用vk200x激光3d显微镜进行截面微观形貌测试，结果如图2所示；根据qj479《金属镀覆层结合强度试验方法》中划格法规定，采用英国elcometer附着力测试仪测定镀层结合力为1级；根据gjb548b《微电子器件试验方法和程序》中方法1018.1中方法测试，但激发温度为250℃±10℃，激发时间为48h～50h，测试后5件样件表面氦气吸附量分别为2700ppm、3520ppm、3750ppm、2890ppm、2640ppm。通过英国elcometer附着力测试仪划格法测试以及释氢量测试数据，可知所得镀层满足qj479《金属镀覆层结合强度试验方法》中划格法对镀层结合力的要求以及释氢量≤4000ppm技术指标要求。

实施例2

1)擦拭高体分sicp/al复合材料表面，使高体分sicp/al复合材料表面被水完全润湿且水膜30s内不断；

2)将步骤1)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行化学除油，化学除油溶液配方及操作条件如下：

化学除油完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

3)将步骤2)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

4)将步骤3)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行出光，出光溶液配方及操作条件如下：

硝酸500g/l

溶液温度室温

持续时间光亮为止

出光完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

5)将步骤4)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

6)将步骤5)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行一次浸锌，一次浸锌溶液配方及操作条件如下：

一次浸锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

7)将步骤6)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

8)将步骤7)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行退锌，退锌溶液配方及操作条件如下：

硝酸溶液50％(质量浓度)

时间10s

退锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

9)将步骤8)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

10)将步骤9)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行二次浸锌，二次浸锌溶液配方及操作条件如下：

二次浸锌完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

11)将步骤10)得到的高体分sicp/al复合材料表面上的残留溶液用水清洗；

12)将步骤11)得到的高体分sicp/al复合材料进行一次化学镀镍，一次化学镀镍溶液配方及操作条件如下：

13)将步骤12)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

14)将步骤13)得到的高体分sicp/al复合材料表面采用无油压缩空气吹干；

15)将步骤14)得到的高体分sicp/al复合材料进行一次真空除氢，一次真空除氢的操作条件如下：

温度230℃

真空度5×10^-3pa

时间22h

16)将步骤15)得到的高体分sicp/al复合材料进行喷砂处理，喷砂处理时要求：砂粒种类为白刚玉，粒径尺寸为100目，气源压强为0.05mpa，喷枪与零件距离为50mm，喷砂次数为3次；

17)将步骤16)得到的高体分sicp/al复合材料进行二次化学镀镍，二次化学镀镍溶液配方及操作条件如下：

18)将步骤17)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

19)将步骤18)得到的高体分sicp/al复合材料的表面进行镀金，镀金的溶液配方及操作条件如下：

镀金完成后将高体分sicp/al复合材料从溶液中取出；

20)将步骤19)得到的高体分sicp/al复合材料的表面上的残留溶液用水清洗；

21)将步骤20)得到的高体分sicp/al复合材料表面采用无油压缩空气吹干；

22)将步骤21)得到的高体分sicp/al复合材料进行二次真空除氢，二次真空除氢的操作条件如下：

温度270℃

真空度5×10^-3pa

时间98h

二次真空除氢处理后得到镀有金层的高体分sicp/al复合材料。

得到的具有金镀层的高体分sicp/al复合材料样件采用qj479《金属镀覆层结合强度试验方法》中划格法规定，采用英国elcometer附着力测试仪测定镀层结合力为1级；根据gjb548b《微电子器件试验方法和程序》中方法1018.1中方法测试，但激发温度为250℃±10℃，激发时间为48h～50h，测试后5件样件表面氦气吸附量分别为3200ppm、3150ppm、2340ppm、1720ppm、1890ppm。通过英国elcometer附着力测试仪划格法测试以及释氢量测试数据，可知所得镀层满足qj479《金属镀覆层结合强度试验方法》中划格法对镀层结合力的要求以及释氢量≤4000ppm技术指标要求。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。