一种镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法与流程

本发明涉及粉体的表面镀镍技术领域，更具体的说是涉及一种镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法。

背景技术：

化学镀是使金属盐溶液在还原剂的作用下将金属离子还原为金属，在具有催化表面的镀件上获得金属沉积层。化学镀不需要外加电源，工艺简单、镀层均匀、空隙率低，而且能在多种非金属基体上沉积，并具有优良的包覆性、高附着力、优良的抗腐蚀性和耐磨性能以及优异的功能性等优点。

但是对于粉体的化学镀工艺，由于粉体具有粒径小、比表面积大、表面活性高等特点，而在传统的前处理过程及施镀过程中，一般通过机械搅拌将粉体分散于溶剂中，但机械搅拌的分散性非常有限，尤其是对微米和纳米级的粉体颗粒在溶剂中的分散效果很差，因此存在着粉体在分散剂中团聚现象严重、分散不均的问题，从而导致在施镀过程中施镀速度不容易控制以及镀层不均匀的问题。

因此，研究一种操作简便、性能可控的镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法，对施镀工艺进行改进，在前处理过程及施镀过程中引入超声辅助，通过超声波的机械作用和空化作用将液体中的粉体颗粒进行分散和解团聚，从而实现了粉体在分散剂中均匀分散。并且为使镀层更加均匀稳定的沉积在粉体颗粒表面，在施镀时缓慢的加入还原剂，可以得到粉体分散性好、镀层均匀稳定碳化硅-镍核壳结构材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)氧化：将碳化硅粉体高温灼烧。

此过程不仅可以除去原料中的杂质，还会使碳化硅的表层形成一层非常薄且致密、与基体结合牢固的二氧化硅膜，为镀层的稳定性打下基础，为增强粉体的亲水性做准备。

(2)亲水化：将步骤(1)中氧化处理过的碳化硅粉体置于将氢氟酸溶于盐酸溶液中配制成的亲水化液中，搅拌，超声处理；抽滤，洗涤至中性。

由于碳化硅粉体表面修饰过程是在水溶液中进行的，因此它的亲水性直接影响碳化硅粉体表面修饰的结果。此过程即为亲水性处理，使碳化硅粉体表面的氧化层(二氧化硅)与氢氟酸反应，SiO₂+HF→SiF₄+H₂O，由于氟化硅吸湿性极强，使得碳化硅粉体表面分布一层水溶液，由此提高了碳化硅粉体与水溶液的界面润湿性，并为下一步的敏化处理打下基础。此过程引入超声处理可使碳化硅粉体表面均匀的与氢氟酸反应。

(3)敏化：将步骤(2)中的亲水化处理过的碳化硅粉体置于将氯化亚锡溶于盐酸溶液中配制成的敏化液中，搅拌，超声处理；抽滤，洗涤至中性。

在亲水性处理之后，在碳化硅粉体表面分布了一层水溶液，从而敏化过程中，在超声处理条件下可使粉体表面均匀附着亚锡离子，为形成金属的成核点做准备；对碳化硅粉体进行活化处理主要是要使其表面上吸附的亚锡离子与活化液中的钯离子反应，从而使钯沉积在碳化硅粉体表面，作为金属的成核点，在后面施镀的过程中，通过其催化作用能够沉积镀液中被还原的金属颗粒，由此实现金属对碳化硅粉体的涂覆。此过程中引入超声处理可使成核点分布更均匀，防止由成核点不均匀引起镀层厚度不均匀。

(4)活化：将步骤(3)中的敏化处理过的碳化硅粉体置于将氯化钯溶于盐酸溶液中配制成的活化液中，搅拌，超声处理；抽滤，洗涤至中性；

(5)施镀：施镀步骤包括(5.1)，将硫酸镍、柠檬酸三钠、氯化铵按重量比例1：(4～5):(0.2～0.3)配制成镀液，并用氨水调节为pH值为8.5～9.5；配置次亚磷酸钠水溶液作为还原剂，备用。

施镀过程中引入超声分散可以使碳化硅粉体在镀液中均匀分布，降低其团聚，有利于金属均匀的沉积在粉体表面。

(5.2)，将步骤(4)中活化处理过的碳化硅置于(5.1)的镀液中，并将镀液置于超声波清洗机水浴中，并搅拌进行超声分散，待镀液温度升至45～50℃，开始向其中滴加还原剂，并给予持续的机械搅拌和间断的超声处理；

(5.3)，待反应结束后，将产物抽滤洗涤、烘干、研磨，即得表面镀镍的微米碳化硅粉体。

本发明的有益效果：本发明采用在前处理过程及施镀过程中引入超声辅助并在施镀时缓慢的加入还原剂，获得的粉体分散性好，镀层稳定，与基体结合稳定且厚度可调。

优选地，步骤(1)中，碳化硅粉体为微米碳化硅粉体，其粒径为600nm～5μm。

优选地，步骤(1)中，高温灼烧温度为800℃～1200℃，所述高温灼烧时间为1.5～2.5h。

优选地，步骤(2)中，浓盐酸、氢氟酸和水按照体积比例1：(0.9～1.1)：(9～11)配制；步骤(2)中搅拌和超声处理交替进行，并且搅拌和超声处理交替进行，各3次，每次搅拌10min和超声处理5min。

优选地，步骤(3)中，氯化亚锡的质量-体积浓度为20～30g/L，氯化亚锡和浓盐酸的比例为1g：2～3mL，按照氯化亚锡和浓盐酸的比例为1g：2～3mL称量，并将浓盐酸稀释成盐酸溶液后配置成质量-体积浓度为20～30g/L的氯化亚锡。

优选地，步骤(4)中，氯化钯的质量-体积浓度为0.3～0.7g/L，氯化钯和浓盐酸比例为1g：40～50mL，按照氯化钯和浓盐酸比例为1g：40～50mL称量，并将浓盐酸稀释成盐酸溶液后配置成质量-体积浓度为20～30g/L的氯化钯。

上述的浓盐酸中氯化氢质量分数是36％-38％的水溶液。质量-体积浓度＝溶质质量/溶液体积。

优选地，步骤(3)和步骤(4)中，搅拌和超声处理交替进行，各5次，每次处理时长均为2min，处理期间不静置。

优选地，步骤(4)中所述机械搅拌速率为5-10转/秒。

优选地，步骤(5)中，硫酸镍、柠檬酸三钠、氯化铵的摩尔浓度分别为0.1mol/L、0.15mol/L和0.18mol/L；且次亚磷酸钠溶液的浓度为0.5～2.0mol/L。

优选地，步骤(5)中，滴加还原剂的速度为每2～6s一滴，每滴加30s，进行30s超声，超声期间不滴加还原剂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a附图为微米碳化硅粉体镀前扫描电镜(SEM)图片；

图1b附图为微米碳化硅粉体镀前扫描电镜(SEM)图片；

图1c附图为微米碳化硅粉体镀前扫描电镜(SEM)图片；

图2a附图为实施例1微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图2b附图为实施例1微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图2c附图为实施例1微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图3a附图为实施例2微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图3b附图为实施例2微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图3c附图为实施例2微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片；

图4a附图为实施例3微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片(反例)；

图4b附图为实施例3微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片(反例)；

图4c附图为实施例3微米碳化硅粉体镀后扫描电镜(SEM)图片(反例)；

图5附图为微米碳化硅粉体镀前镀后的电子能谱(EDS)图片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种镀层均匀稳定的碳化硅粉体表面化学镀镍的方法。

实施例1

(1)氧化：取一定量的的碳化硅粉体置于箱式高温炉中1000℃灼烧氧化2h，然后自然降温至室温。

(2)亲水化：取120ml去离子水，加入浓盐酸和氢氟酸各15ml，得到150ml亲水化液；将氧化处理过的微米碳化硅粉体取1g置于亲水化液中，得到悬浊液，将所得悬浊液磁力搅拌10min，然后在超声波清洗机中超声处理5min，重复此过程5次；对所得悬浊液抽滤，将所得微米碳化硅粉体洗涤至中性备用。

(3)敏化：取5g的二水合氯化亚锡溶于将10ml浓盐酸稀释20倍制成的盐酸溶液中配制成质量-体积浓度为25g/L的氯化亚锡，加入去离子水定容至200ml，得到敏化液；将亲水化处理过的微米碳化硅粉体1g置于敏化液中，得到悬浊液，将所得到的悬浊液搅拌使其混合均匀，然后磁力搅拌与超声处理交替进行，各2分钟，共进行20分钟；抽滤，将微米碳化硅粉体洗涤至中性备用。

(4)活化：取0.1g氯化钯溶于将5ml浓盐酸稀释400倍制成的盐酸溶液中配制成质量-体积浓度为0.5g/L的氯化钯，加入去离子水定容至200ml，得到活化液；将敏化处理过的微米碳化硅粉体1g置于活化液中，得到悬浊液，将所得到的悬浊液搅拌使其混合均匀，然后磁力搅拌与超声处理交替进行，各2分钟，共进行20分钟；抽滤，将微米碳化硅粉体洗涤至中性。

(5)施镀：首先，称取5.257gNiSO₄·6H₂O、8.823g Na₃C₆H₆O₇·2H₂O、1.926g NH₄Cl，分别溶解后混合，加入氨水调节溶液pH＝9，并加入去离子水定容至150ml，得到镀液；配置50ml 1mol/L的次亚磷酸钠水溶液，作为还原剂备用；

其次，将15g活化处理过的微米碳化硅粉体加入盛有镀液的烧瓶中，并将盛有镀液的烧瓶，置于超声波清洗机水浴中，并搅拌进行超声分散；待镀液达到50℃时，开始使用滴管滴加次亚磷酸钠水溶液还原剂，滴加速度为每3s一滴，同时保持机械搅拌，搅拌速率为8转/秒，每滴加30s，进行30s超声处理，超声期间不滴加还原剂；

最后，反应进行100min，当在超声处理的状态下没有气泡生成，则反应结束，待反应结束后，将产物抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到的成品即为表面镀镍的微米碳化硅粉体。

对所制得的表面镀镍的微米碳化硅粉体使用SEM(扫描电子显微镜)检测，结果显示其产物分散性好。镀层表面如图2a、2b、2c所示。

实施例2

(1)氧化：取一定量的碳化硅粉体置于箱式高温炉中800℃灼烧氧化1.5h，然后自然降温至室温。

(2)亲水化：取120ml去离子水，加入浓盐酸和氢氟酸各15ml，得到150ml粗化液；将氧化处理过的微米碳化硅粉体取1g置于亲水化液中，得到悬浊液，将所得悬浊液磁力搅拌10min，然后在超声波清洗机中超声处理5min，重复此过程5次；对所得悬浊液抽滤，将所得微米碳化硅粉体洗涤至中性备用。

(3)敏化：取5g的二水合氯化亚锡溶于将10ml浓盐酸稀释25倍制成的盐酸溶液中配制成质量-体积浓度为20g/L的氯化亚锡，加入去离子水定容至200ml，得到敏化液；将亲水化处理过的微米碳化硅粉体1g置于敏化液中，得到悬浊液，将所得到的悬浊液搅拌使其混合均匀，然后磁力搅拌与超声处理交替进行，各2分钟，共进行20分钟；抽滤，将微米碳化硅粉体洗涤至中性备用。

(4)活化：取0.1g的氯化钯溶于将5ml浓盐酸稀释34倍制成的盐酸溶液中配制成质量-体积浓度为0.3g/L的氯化钯，加入去离子水定容至200ml，得到活化液；将敏化处理过的微米碳化硅粉体1g置于加入活化液中，得到悬浊液，将所得到的悬浊液搅拌使其混合均匀，然后磁力搅拌与超声处理交替进行，各2分钟，共进行20分钟；抽滤，将微米碳化硅粉体洗涤至中性。

(5)施镀：首先，称取5.257gNiSO₄·6H₂O、8.823g Na₃C₆H₆O₇·2H₂O、1.926g NH₄Cl，分别溶解后混合，加入氨水调节溶液pH＝9，并加入去离子水定容至150ml，得到镀液；配置50ml 0.5mol/L的次亚磷酸钠水溶液，作为还原剂备用；

其次，将15g活化处理过的微米碳化硅粉体加入盛有镀液的烧瓶中，并将盛有镀液的烧瓶，置于超声波清洗机水浴中，并搅拌进行超声分散；待镀液达到50℃时，开始使用滴管滴加次亚磷酸钠水溶液还原剂，滴加速度为每3s一滴，同时保持机械搅拌，搅拌速率为5转/秒，每滴加30s，进行30s超声处理，超声期间不滴加还原剂；

最后，反应大约进行100min，当在超声处理的状态下没有气泡生成，则反应结束，待反应结束后，将产物抽滤、洗涤、烘干、研磨，得到的成品即为表面镀镍的微米碳化硅粉体。

对所制得的表面镀镍的微米碳化硅粉体使用SEM(扫描电子显微镜)检测，结果显示其产物分散性好，镀层表面如图3a、3b、3c所示。

运用SEM，EDS能谱分析对粉体镀前镀后粉体表面形貌，成分进行分析，结果表明镍能够顺利的沉积到碳化硅表面，能谱分析结果表面镀层中含有Ni，Si。采用本发明的制备方法，在前处理过程及施镀过程中引入超声辅助，通过超声波的机械作用和空化作用将液体中的粉体颗粒进行分散和解团聚，从而实现了粉体在分散剂中均匀分散。并且为使镀层更加均匀稳定的沉积在粉体颗粒表面，在施镀时缓慢的加入还原剂，可以得到粉体分散性好、镀层均匀稳定碳化硅-镍核壳结构材料，且本发明操作简便，而且性能可控。

对比例1

化学镀镍液配方：

主盐：六水合硫酸镍18克/升；

还原剂：一水合次磷酸钠30克/升；

络合剂：二水柠檬酸三钠15克/升，乳酸12克/升，丁二酸3克/升；

稳定剂：硫脲1毫克/升，碘酸钾10毫克/升，顺丁烯二酸5毫克/升；

光亮剂：硫酸高铈20毫克/升，丁炔二醇30毫克/升。

镀液配制步骤：先预先加入预配镀液50体积％的纯水，然后在搅拌条件下依次加入络合剂、主盐、稳定剂、光亮剂、表面活性剂，搅拌至溶融；然后再加入还原剂，搅拌至溶融。然后加水到规定液位，用50wt％氨水溶液调节pH值至4.7，加热至81℃得到镀液。

将15g活化处理过的微米碳化硅粉体加入镀液中放到镀液中进行施镀加以搅拌，并加入10ml还原剂在60℃施镀2小时，得到表面镀镍的微米碳化硅粉体。

对所制得的表面镀镍的微米碳化硅粉体使用SEM(扫描电子显微镜)检测，结果显示其产物分散性好。镀层表面如图4a、4b、4c所示。

通过对实施例1-2及对比例1的扫描电子显微镜的检测，可以得到本发明中实施例1-2获得表面镀镍的微米碳化硅粉体中，镀层更加均匀稳定的沉积在粉体颗粒表面，从对比例1扫描电子显微镜中可以看出镀层不均匀。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。