CN103805976A - 碳化硼粉末表面化学镀铜的方法及其化学镀液 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液，以浓度计，含有15-20g/L硫酸铜、20-30g/L乙二胺四乙酸二钠、10-15g/L酒石酸钾钠和15-20ml/L水合肼，化学镀液的pH值为12-13。本发明碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液中的还原剂为水合肼，价格低廉且不会污染环境，在碱性条件下具有很强的还原能力，氧化产物是干净的N2，不会引入杂质金属离子；络合剂为酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠，对环境污染小且络合能力强，可在高温强碱下长时间保持镀液稳定。此外，本发明还公开了一种碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其可以在碳化硼粉末表面形成一层纳米级均匀、致密的铜镀层，可有效降低碳化硼粉末与金属基材的润湿角和界面反应。
Description
技术领域
本发明属于化学镀领域，更具体地说，本发明涉及一种碳化硼粉末表面化学镀铜的方法及其化学镀液。
背景技术
碳化硼具有低密度(2.52g/cm3)、高硬度(仅次于金刚石和立方氮化硼)和良好的中子吸收能力，因此近年来受到广泛关注。但是，在与金属基体复合时，碳化硼颗粒与金属基体润湿性差且界面反应严重，阻碍了高碳化硼含量的金属基碳化硼复合材料的制备。
为了改善碳化硼颗粒与金属基体的润湿性，减少界面反应，需要对碳化硼颗粒表面进行金属化处理。铜具有高的热导率，高的热氧化阻力，且在高温高压下不与碳化硼反应，因此可用于镀在碳化硼颗粒表面，以提高碳化硼颗粒与金属的润湿，阻隔界面反应。
目前，化学镀铜用化学镀液几乎都采用甲醛作为还原剂，但是，甲醛气味特殊、对皮肤和眼睛有刺激且致癌，因此各国的法规都对空气中甲醛的含量进行限制，传统的化学镀工艺也受到冲击，寻求一种能够替代甲醛的还原剂就变得尤为重要。
此外，目前化学镀铜工艺中常用的络合剂为EDTA，EDTA可以使镀液稳定、镀速高、镀层性能优异。但是，EDTA具有较强的络合性能，废液中只要有少许残余就可能带出大量有毒的重金属离子，并对环境造成污染，许多国家都限制了EDTA的使用。因此，寻求一种对环境危害小的络合剂也相当重要。
有鉴于此，确有必要提供一种对环境友好的碳化硼粉末表面化学镀铜的方 法及其化学镀液。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种对环境友好的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法及其化学镀液。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液，其以水合肼作为还原剂，以酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠作为络合剂。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液的一种改进，以浓度计，化学镀液含有15-20g/L硫酸铜、20-30g/L乙二胺四乙酸二钠、10-15g/L酒石酸钾钠和15-20ml/L水合肼，化学镀液的PH值为12-13。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液的一种改进，所述碳化硼粉末为平均粒径20微米的碳化硼粉末，用于化学镀处理时，化学镀液的温度为70-80℃。
相对于现有技术，本发明碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液具有以下优点：采用的还原剂为水合肼，价格低廉且不会污染环境，在碱性条件下有很强的还原能力，氧化产物是干净的N2，不会引入杂质金属离子；采用的络合剂为酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠的双络合剂体系，双络合剂的破络比EDTA容易，对环境污染小且络合能力强，可在高温强碱下长时间保持镀液稳定。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，包括对碳化硼粉末镀前处理和化学镀处理，其中，在化学镀处理中，采用的化学镀液为前述碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述镀前处理包括除油处理、碱洗处理、敏化处理和活化处理。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述除油处理为， 将碳化硼粉末置于丙酮液体中超声搅拌30-40min，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述碱洗处理为，将除油处理后的碳化硼粉末置于70-90℃热碱性溶液中超声搅拌清洗30-40min，取出后于150℃以下的干燥，至恒重备用。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述敏化处理为，将碱洗处理后的碳化硼粉末置于氯化亚锡和盐酸的混合溶液中搅拌30min，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述活化处理为，将敏化处理后的碳化硼粉末置于氯化钯和盐酸的混合溶液中搅拌，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，化学镀处理时，化学镀液的温度为70-80℃。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，在化学镀处理后，对碳化硼粉末进行抗氧化处理。
作为本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法的一种改进，所述抗氧化处理为将碳化硼粉末真空干燥后浸入油酸形成保护膜。
通过采用本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，可以在碳化硼粉末表面形成一层纳米级均匀致密的铜镀层，可以有效降低碳化硼粉末与金属基材的润湿角和界面反应。
附图说明
下面结合附图和实施例，对本发明碳化硼粉末表面化学镀铜的方法及其化学镀液进行详细说明，附图中：
图1-1至图1-4是本发明实施例1至4的表面镀铜的碳化硼粉末的SEM图。
图2是碳化硼原粉和本发明实施例1的表面镀铜的碳化硼粉末的X射线衍射图。
图3是采用热重分析仪对碳化硼原粉、本发明实施例1表面镀铜的碳化硼粉末、本发明实施例5经过抗氧化处理的表面镀铜的碳化硼粉末在空气条件下从室温到900℃的热重测试图。
实施例
为了使本发明的发明目的、技术方案及技术效果更加清晰，以下结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
实施例1
镀前处理
除油：将50g碳化硼粉末置于丙酮液体中超声并搅拌30min后取出，在80℃下干燥，至恒重备用。
碱洗：将除油后的碳化硼粉末置于80℃的1mol/L氢氧化钠热碱性溶液中超声并搅拌清洗30min，取出后在80℃干燥，至恒重备用。
敏化：将碱洗后的碳化硼粉末置于20g/L氯化亚锡和60ml/L盐酸的混合溶液中搅拌30min进行敏化处理，取出后于80℃干燥，至恒重备用。
活化：将敏化后的碳化硼粉末置于0.05g/L氯化钯和8ml/L盐酸的混合溶液中搅拌10min进行敏化处理，取出后于80℃干燥，至恒重备用。
化学镀处理
化学镀时，化学镀液的基本成份为：以浓度计，硫酸铜19.2g/L、乙二胺四乙酸二钠25g/L、酒石酸钾钠14g/L、水合肼16ml/L，时间为60min，PH值为12，保温温度为80℃。
镀后处理
对化学镀后的碳化硼进行清洗，清洗完后，置于真空干燥箱中在80℃真空干燥，表面水分烘干后，取出观察镀层形貌，进行性能测试。
实施例2
实施例2与实施例1中的镀前处理和镀后处理相同，不同之处在于：化学镀液含有15g/L硫酸铜、20g/L乙二胺四乙酸二钠、10g/L酒石酸钾钠和20ml/L水合肼，化学镀液的PH值为12-13，且实施例2的化学镀处理时，采用的PH值为12，保温温度为70℃；除油处理、碱洗处理、敏化处理和活化处理中，干燥的温度均为150℃。
实施例3
实施例2与实施例1中的镀前处理和镀后处理相同，不同之处在于：化学镀液含有20g/L硫酸铜、30g/L乙二胺四乙酸二钠、14g/L酒石酸钾钠和18ml/L水合肼，化学镀液的PH值为12-13，实施例2的化学镀处理时，采用的PH值为13，保温温度为80℃；除油处理、碱洗处理、敏化处理和活化处理中，干燥的温度均为120℃。
实施例4
实施例2与实施例1中的镀前处理和镀后处理相同，不同之处在于：实施例2的化学镀处理时，采用的PH值为13，保温温度为70℃；除油处理、碱洗处理、敏化处理和活化处理中，干燥的温度均为100℃。
实施例5
实施例5的镀前处理、化学镀处理和镀后处理与实施例1基本相同，不同 之处在于：在化学镀处理之后，还进一步对化学镀后的碳化硼粉末进行抗氧化处理，具体为：真空干燥80度后浸入油酸形成保护膜来抗氧化。
性能测试
镀层形貌测试：采用扫描电子显微镜对化学镀后的实施例1至4的样品进行形貌表征，SEM图如图1-1至图1-4所示。从图中可以看出：本发明实施例1至4获得的表面镀铜的碳化硼粉末，镀层为均匀致密的纳米级镀层，很好地实现了对碳化硼粉末的包覆。
镀层成分测试：采用日本产Shimadzu Diffractometer对碳化硼原粉和本发明实施例1所得的表面镀铜的碳化硼粉末进行X射线实验,X射线衍射仪对化学镀后的样品进行结构表征，结果如图2所示。从图2中可以看出，碳化硼原粉只含有碳化硼峰，而经化学镀铜工艺后会出现新的铜峰，表明在碳化硼粉末表面包覆了单质铜。
镀层抗氧化性能测试：采用日本岛津TGA51热重分析仪对化学镀后的样品在空气条件下从室温到900℃进行热重测试，观察镀层的抗氧化性能，其结果如图3所示，其中，样品1为碳化硼原粉，样品2为实例1中镀铜碳化硼粉末，样品3为经过抗氧化处理之后的镀铜碳化硼粉末。从图3中可以看出：对于碳化硼原粉，600度才开始增重；对于未经过抗氧化处理的镀铜碳化硼粉末，200度开始增重；对于经过抗氧化处理的镀铜碳化硼粉末，320度开始增重。以上结果表明，经过抗氧化处理，可以有效地保护包覆于B4C粉末上的铜。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (12)
1.一种碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液，其特征在于：所述碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液以水合肼作为还原剂，以酒石酸钾钠和乙二胺四乙酸二钠作为络合剂。
2.根据权利要求1所述的碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液，其特征在于：以浓度计，化学镀液含有15-20g/L硫酸铜、20-30g/L乙二胺四乙酸二钠、10-15g/L酒石酸钾钠和15-20ml/L水合肼，化学镀液的PH值为12-13。
3.根据权利要求2所述的碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液，其特征在于：所述碳化硼粉末为平均粒径20微米的碳化硼粉末，用于化学镀处理时，化学镀液的温度为70-80℃。
4.一种碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，包括对碳化硼粉末镀前处理和化学镀处理，其特征在于：所述化学镀处理中，采用的化学镀液为权利要求1至3中任一项所述的碳化硼粉末表面化学镀铜用化学镀液。
5.根据权利要求4所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述镀前处理包括除油处理、碱洗处理、敏化处理和活化处理。
6.根据权利要求5所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述除油处理为，将碳化硼粉末置于丙酮液体中超声搅拌30-40min，取出后在150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
7.根据权利要求5所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述碱洗处理为，将除油处理后的碳化硼粉末置于70-90℃热碱性溶液中超声搅拌清洗30-40min，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
8.根据权利要求5所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述敏化处理为，将碱洗处理后的碳化硼粉末置于氯化亚锡和盐酸的混合溶液中搅拌30min，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
9.根据权利要求5所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述活化处理为，将敏化处理后的碳化硼粉末置于氯化钯和盐酸的混合溶液中搅拌，取出后于150℃以下的温度干燥，至恒重备用。
10.根据权利要求4所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：化学镀处理时，化学镀液的温度为70-80℃。
11.根据权利要求4所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：进一步包括，在化学镀处理后，对碳化硼粉末进行抗氧化处理。
12.根据权利要求11所述的碳化硼粉末表面化学镀铜的方法，其特征在于：所述抗氧化处理为将碳化硼粉末真空干燥后浸入油酸形成保护膜。
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