一种碳化硅颗粒表面高效低成本热还原镀镍的方法与流程

本发明属于碳化硅表面改性的技术领域，具体涉及到一种碳化硅颗粒表面高效低成本热还原镀镍的方法。

背景技术：

碳化硅颗粒作为一种陶瓷增强相，常用作增强相颗粒用于金属基复合材料的制备中，有效的解决了纤维增强金属基基复合材料纤维成本高的问题，而且材料各向同性，制备工艺简单，成本低廉，在航空航天、国防、汽车、高铁等工业中得到广泛应用。

作为增强相的碳化硅颗粒，是一种硬度高，熔点高及耐腐蚀性强的陶瓷相颗粒，与金属基体合金具有较大的差异。因此，在制备碳化硅增强金属基复合材料时，非金属sic陶瓷相与金属基体很难润湿，制备的材料普遍存在致密度低、增强相分散均匀性差、无法避免有害界面反应等问题，严重影响了碳化硅颗粒增强金属基复合材料性能及应用。

提高sic增强相颗粒的与基体的润湿性，可以有效的提高sic颗粒与金属合金基体的界面强度，从而提高碳化硅增强金属基复合材料的力学性能。

在现有的技术中，对sic颗粒进行表面改性是提高界面润湿性最有效的方法之一，sic颗粒表面改性还可以有效阻止过度界面反应，进一步提高复合材料的性能。表面包覆改性是通过物理化学的方法，在sic颗粒表面包覆一层金属，从而明显的改善其与基体的润湿性。研究表明，在sic表面镀覆cu、ni和ti等金属镀层可以明显改善界面结合状况从而提高铝基复合材料的力学性能；目前，采用化学方法在碳化硅表面镀镍发展最快且应用最为广泛。

然而，现有的在碳化硅颗粒表面镀覆镍镀层主要采用先活化敏化处理，再利用含镍镀液进行的化学镀覆处理。但碳化硅活化、敏化预处理中所运用的贵重金属氯化钯或硝酸银等极大的提高了生产的成本，且处理过程较复杂；同时化学镀行业所产生的镀液难以处理，对环境造成一定的污染，影响了碳化硅粉体表面镀覆镍镀层的应用。

因此，现需提供一种成本低且镀镍效率高的碳化硅粉体镀镍方法。

技术实现要素：

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种碳化硅颗粒表面高效低成本热还原镀镍的方法，改善传统化学镀镍过程中高昂氯化钯、硝酸银的活化、敏化成本，同时减少化学镀镍过程中大量镀液造成的环境污染等危害，有效的简化镀覆工艺，降低成本，实现原料的充分利用，实现环境友好的碳化硅颗粒表面镀覆镍镀层的工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种碳化硅颗粒表面高效低成本热还原镀镍的方法，包括，

采用碱式碳酸镍、聚丙烯酰胺、氨水作为表面改性剂，对碳化硅粉体颗粒进行表面改性处理，获得碱式碳酸镍包裹的碳化硅粉体颗粒；

将表面改性处理的碳化硅粉体，置于氢气还原炉中进行加热还原处理，得到表面包覆镍镀层的碳化硅粉体颗粒。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述表面改性处理，将碱式碳酸镍融入氨水溶液中，搅拌并充分溶解，向溶解后的溶液中添加聚丙烯酰胺，均匀混合后，加入干燥的碳化硅粉体颗粒，搅拌，让碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，得到碱式碳酸镍包裹的碳化硅粉体颗粒。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述添加聚丙烯酰胺，为添加质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述碱式碳酸镍的添加量为100～300g，所述氨水添加量为200～350ml，所述聚丙烯酰胺添加量为400～700g，所述碳化硅粉体颗粒添加量为1～2kg。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述碱式碳酸镍的添加量为200g，所述氨水添加量为250ml，所述聚丙烯酰胺添加量为500g，所述碳化硅粉体颗粒添加量为1kg。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述表面改性处理还包括，碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，并密封静置6～10小时。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述表面改性处理还包括，取静置后的碳化硅粉体颗粒，再60～90℃烘干2～3h，初步粉碎，得到碱式碳酸镍包裹的碳化硅粉体颗粒。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述加热还原处理，还原温度为600～1000℃。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述加热还原处理，还原时间为1～2h。

作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述加热还原处理还包括，还原反应后，在氢气氛围内冷却。

本发明有益效果：本发明中，一方面采用还原镀覆的方法省略掉了普通化学镀中采用的氢氟酸、硝酸或氢氧化钠等强烈腐蚀性的药品的粗化过程，减少了操作过程中的危险性，而且省略掉了化学镀液镀覆过程中采用氯化钯、硝酸银等贵重药品的活化敏化过程，极大的节约了成本的同时，降低了镀覆前处理的危险性；另一方面，在制备过程中通过控制加入碱式碳酸镍的用量及氢气还原的温度和时间，可以有效地控制镍镀层厚度和包覆的完整性；采用本发明的热还原方法还解决了传统化学镀覆后镀液难处理、环境污染严重的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明实施例1中表面改性前后的碳化硅粉体宏观形貌；图1(a)为原始碳化硅宏观形貌；图1(b)为本发明实例1中热还原法制备表面改性的碳化硅粉体宏观形貌。

图2为本发明实施例1中制备的热还原法表面改性前后的碳化硅粉体的扫描电镜微观形貌；图2(a)为原始碳化硅粉体的表面微观形貌；图2(b)本发明实例1中热还原法表面改性后镀覆镍镀层后的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图3为本发明实施例1中热还原法表面改性后的碳化硅粉体的表面能谱图。

图4为本发明实施例2的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图5为本发明实施例3的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图6为本发明实施例4的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图7为本发明实施例5的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图8为本发明实施例6的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图9为本发明实施例7的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

图10为本发明实施例8的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

实施例1中表面改性前后的碳化硅粉体宏观形貌如图1所示，图1(a)为原始碳化硅宏观形貌；图1(b)为本发明实例1中热还原法制备表面改性的碳化硅粉体宏观形貌图形。由图1可知，粉体颜色由绿色变为黑色，实现了碳化硅粉体颗粒表面镀覆。

本发明实施例1中制备的热还原法表面改性前后的碳化硅粉体的扫描电镜微观形貌如图2所示，图2(a)为原始碳化硅粉体的表面微观形貌；图2(b)本发明实例1中热还原法表面改性后镀覆镍镀层后的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。由图2可知，相较于原始碳化硅粉体，本实施例1的获得了表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

本发明实施例1中热还原法表面改性后的碳化硅粉体的表面能谱图像如图3所示。由图3可知，

实施例2

(1)在室温下称取100g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

实施例3

(1)在室温下称取300g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

实施例2和实施例3制备的热还原法表面改性前后的碳化硅粉体的扫面电镜微观形貌如图4、图5所示，图4为实施例2的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌；图5为实施例3的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。

与实施例1对比可以看出，随着碱式碳酸镍添加量的增加，镀层的厚度逐渐增加。

实施例4

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在150ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

图6为实施例4的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。氨水主要起到溶解碱式碳酸镍的作用，溶解以后便于包覆在碳化硅颗粒表面。通过实施例4发现，如果氨水量不足可能会导致镍颗粒沉积过多，不均匀的现象，增加氨水的量则对镀覆影响不是很大。

实施例5

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入300g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

图7为实施例5的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。聚丙烯酰胺主要起到交联的作用，后期热还原的时候都会被烧掉挥发，对后续镀层影响不是很大。通过实施例5发现，聚丙烯酰胺的添加量过少，影响交联作用，导致碱式碳酸镍包覆性差，最终导致镍镀层包覆不完整。

实施例6

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。取碱式碳酸镍包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

图8为实施例6的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。与实施例1对比发现，静置一段时间，能够让碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，从而保证碳化硅颗粒表面被完全包覆，后期热还原镀覆效果更好。

实施例7

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为800℃，还原时间为1h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

图9为实施例7的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。与实施例1对比发现，还原时间太短，还原不彻底，会导致镍颗粒堆积，导致镍镀层包覆不完整。实施例1还原时间2h已经能够获得厚度、包覆性均较佳的镍镀层，因此继续增加还原时间，没有实际意义，造成成本提高。

实施例8

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为400℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

图10为实施例8的碳化硅粉体的微观扫描电镜显微形貌。与实施例1对比发现，还原温度过低，还原效果不好，导致镀层包覆不完整。

实施例9

(1)在室温下称取200g的碱式碳酸镍溶解在250ml的氨水中，在搅拌的作用下，加入500g的质量分数为5％的聚丙烯酰胺溶液搅拌完全溶解，并在强烈搅拌的作用下缓慢加入1kg的碳化硅颗粒，使碳化硅粉体颗粒充分浸润分散在溶液中，确保碳化硅颗粒表面被溶解的碱式碳酸镍包裹。把充分浸润的碳化硅粉体颗粒密封保存后，静置6小时，进一步使碱式碳酸镍充分溶解在氨水溶液中，确保包覆的完整性。取充分包裹的碳化硅颗粒，80℃烘干2h，初步粉碎后即得到预处理的碳化硅粉体颗粒。

(2)取上述得到的预处理后的碳化硅粉体样品至于氢气还原炉中，进行加热还原处理，加热还原温度为1200℃，还原时间2h，还原后氢气氛围下冷却后，粉体颜色由绿色变为黑色，粉碎过筛后即得到表面包覆镍镀层完好的碳化硅粉体颗粒。

我方试验发现，在采用实施例9的方法时，由于还原温度过高，镍会和碳化硅发生化学反应，导致镀层成分发生改变，只有在还原温度为600～1000℃范围内，所获得的镀层厚度较佳，镀层包覆性较好。

本发明一方面采用还原镀覆的方法省略掉了普通化学镀中采用的氢氟酸、硝酸或氢氧化钠等强烈腐蚀性的药品的粗化过程，减少了操作过程中的危险性，而且省略掉了化学镀液镀覆过程中采用氯化钯、硝酸银等贵重药品的活化敏化过程，极大的节约了成本的同时，降低了镀覆前处理的危险性；另一方面，在制备过程中通过控制加入碱式碳酸镍的用量及氢气还原的温度和时间，可以有效地控制镍镀层厚度和包覆的完整性，采用本发明的热还原方法解决了传统化学镀覆后镀液难处理、环境污染严重的问题。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。