CN105239125A - 一种电镀工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电镀工艺，该工艺为碳纤维电镀工艺，对碳纤维水洗后，采用合理的电镀参数，对碳纤维表面镀镍，以改善碳纤维的性能，包括：碳纤维水洗—碳纤维去胶—水洗—碳纤维电镀镍—碳纤维水洗—热风吹干。碳纤维水洗采用去离子水，温度30—40度，水洗时间10—20min。碳纤维电镀工艺参数包括600—700g/L硫酸镍，氯化镍40—60g/L，40—50ml/L稳定剂，稳定剂为HF溶液，10—15ml/L次磷酸钠，PH3.5—4.5，电压为15—20V，温度为30—45度，时间4—6min。该发明方法简单、设备低廉，能够有效改善碳纤维的导电性和电磁干扰屏蔽，并且适合于大规模生产。

Description

一种电镀工艺

技术领域

本发明涉及一种电镀工艺。

背景技术

碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、导电、导热、低膨胀和自润滑等优异的综合性能，是一种应用非常广泛的复合材料增强体。与连续碳纤维相比，短碳纤维具有价格低廉、相应的复合材料性能各向同性及制备工艺简单等优点，使短碳纤维复合材料的研究备受关注。短碳纤维增强金属基复合材料在航天航空、电子工业等领域具有十分广阔的应用前景，尤其是增强铝基、铜基、镁基、镍基复合材料等。但碳纤维与许多金属在高温下发生有害的化学反应和它们之间的润湿性差等，严重限制了短碳纤维/金属复合材料中的应用发展。

对碳纤维进行表面涂层处理是改善其界面的有效途径，国内外已有很多的研究报道，但对短碳纤维来说，一般的涂层工艺如气相沉积、化学镀等工艺成本高、繁琐复杂。因此开发一种工艺简单，且易于控制的短碳纤维表面涂层新方法显得尤为重要。本论文工作以研究短碳纤维的表面处理新工艺为目标，对短碳纤维的非金属涂层的制备、金属化新工艺等进行了有益的开发研究；将得到的涂层短碳纤维应用到金属基(铝基、铜基等)复合材科中，探讨了涂层对铝与碳纤维界面的影响，研究了短碳纤维及混杂增强铝基复合材料、短碳纤维增强铜基复合材料的制备和性能等。

在上述短碳纤维表面处理工艺研究的基础上，重点研究了氧化铝涂层短碳纤维增强铝基复合材料的界面特征的影响，并对比了无涂层、镀镍、镀铜等处理过的短碳纤维铝基复合材料：研究发现：无涂层的短碳纤维/铝复合材料界面有严重的界面反应，碳纤维表面生成A14C3；镀镍、镀铜等金属涂层提高了铝与碳纤维的润湿性，保护了短碳纤维，阻挡了铝与短碳纤维问的界面反应，但镍、铜等与铝在界面或基体中分别生成有害的化合物。如3Ni、CuAl2等相，它们的生成导致了复合材料性能的下降；氧化铝涂层复合材料中的界面干净、结合良好，氧化铝与纤维、与铝均无反应发生，很好的保护了短碳纤维，复合材料表现出较好的力学性能。

将界面结合较好的氧化铝涂层短碳纤维应用于铝基复合材料中，用真空压力浸渗的方法制备了短碳纤维及混杂碳化硅颗粒增强铝基复合材料。对其性能的研究发现，短碳纤维、碳化硅的加入，提高了材料的硬度，硬度值随增强物含量的增加而增加，其中碳化硅对硬度的影响要大于短碳纤维。随着短碳纤维、碳化硅含量的增加，复合材料的热膨胀系数、导热和导电性能有不同程度的下降。采用屏显式端面磨损试验机系统研究了铝基复合材料的干摩擦磨损性能。研究表明：短碳纤维的加入降低了铝基复合材料的摩擦系数，提高了耐磨性能：随短碳纤维含量的增加，复合材料的摩擦系数、磨损率而降低；混杂铝基复合材料具有很好的耐磨性能，随碳化硅含量的增加，混杂复合材料的摩擦系数增加，而磨损率降低：载荷和转速增加后，将提高短碳纤维及混杂增强铝基复合材料的摩擦系数、磨损率等。在100N、100r/min时，当短碳纤维含量由1％增加到40％时，材料摩擦系数由0.6降低到0.27；当碳化硅含量从0％增加到15％时，混杂复合材料摩擦系数由0.27增加到0.83。在摩擦过程中，铝合金主要发生粘着磨损和氧化磨损，短碳纤维，铝复合材料主要发生磨粒磨损，混杂复合材料主要是磨粒磨损和氧化磨损。

将LPE工艺得到的镀铜短碳纤维直接冷压烧结成型，获得了短碳纤维分布均匀、无明显缺陷的铜基复合材料。冷压烧结的工艺参数为：压制压力400MPa，在氢气气氛下烧结，烧结时控制在7小时升温至850，保温3小时，4小时降至400后随炉冷。

据估计，在复合材料中，材料成本占总成本的比例可达到63％，而钢铁等的材料成本只有14％左右，因此差别很大。在复合材料的原材料中，成本主要是增强体的成本，例如连续碳化硅纤维的价格可达到约6700～9500元/公斤；碳化硅、氮化硅等晶须的价格稍低，但也达到约3350～5500元/公斤，而硼酸铝、钛酸钾、氧化锌、氧化镁等晶须的价格只有约135～270元/公斤。因此为了满足复合材料的综合性能，材料的价格因素必须考虑。与长纤维相比，虽然短纤维增强的复合材料性能不如长纤维，但短纤维在价格上有很大的优势，而且复合材料的制备工艺上也简单很多，

在航空航天、汽车等领域广泛应用。短纤维增强物在金属基体中随机分布，其性能是各向同性。也有短纤维定向分布的制备工艺，如热压烧结、挤压成型、压滤成型等，其复合材料的性能呈现各向异性。短纤维增强金属基复合材料可以用常规的粉末冶金、挤压铸造、液态金属搅拌、真空压力浸渗等方法制造，方法简便且成本低，可大批量生产。短纤维增强金属基复合材料由于具有优良的耐磨耐热性，较高的比强度、比模量等优点，近年来发展很快。日本和欧美的一些发达国家在80年代已将其在工业上成功应用，如1983年日本丰田汽车公司首次报告了用氧化铝短纤维增强铝合金柴油发动机活塞，解决了活塞环和活塞环槽部位的磨损问题。美国生产的体积含量为55％～60％的A12Si02短纤维增强铝基复合材料，也己成功应用于燃料注入零件。

一般的短纤维都由连续纤维生产后的副产品中得到，如碳化硅短纤维、短碳纤维等，也有直接生产得到，如氧化铝短纤维等。常用的几种有碳化硅纤维、氧化铝纤维、硅酸铝纤维、碳纤维、氮化硼纤维等。

溶胶凝胶法是指以无机盐或金属醇盐为前驱物，溶于溶剂中(水或有机溶剂)形成均匀的溶液，然后加入其它组分，在一定温度下溶质与溶剂产生水解或醇解反应，反应产物聚集成几个纳米左右的粒子并形成溶胶。再经干燥和烧结等处理成所需材料。目前这类方法己广泛应用于制备无机材料，如玻璃、陶瓷、超导材料、纳米材料及各种复合材料，涉及的产品形状有粉末、纤维、整块材料、薄膜或涂层等。

曾庆冰以钛酸丁酯为原料，醋酸为鳌合剂，通过水解缩合制得"1502溶胶，并成功的在碳纤维上涂覆，分析结果表明：涂层后的碳纤维的抗氧化性合耐高温性能均有提高，且其与熔融铝的润湿性合相容性明显改善，涂层有效的阻止了碳/铝界面反应。郝艳霞、汪信等等以异丙醇铝为原料制备了勃姆石溶胶，并在碳纤维表面制备了A12踢涂层，发现涂层的厚度与勃姆石溶胶浓度呈线性关系，该工艺得到的薄膜均匀完整。曹峰制各了奠来石晶型的氧化物涂层，显著的提高了高温抗氧化性和复合材科的性能。溶胶一凝胶工艺，如溶胶溶液成分、提拉速度及浸沾时间等对面02涂层的影响，并发现1000℃的高温下，涂覆纤维仍没有重量损失。

电镀是将直流电通入具有一定组成的电解质溶液中，在电极与溶液之间的界面上发生电化学反应(氧化还原反应)，进而得到金属层的过程。电镀法工艺成熟，且方法简单，可镀敷上很厚的金属层，镀液成本低廉且使用周期比化学镀要长，是一种非常有发展前途的表面处理方法印删。由于碳纤维本身有一定的导电性，依次可采用连续电镀方法使碳纤维表面获得铜镀层。由于碳纤维导电性良好，可以将传统的电镀技术用于碳纤维涂层而获得铜、镍、钴和铁等涂层。但电镀得到的镀层一般都不太均匀，原因是碳纤维是由多根纤维组成的纱柬，外层单丝对内层单丝的电屏蔽作用造成电镀时各单丝上电流的差异，使内层电流密度较小的单丝不会有金属上镀。碳纤维的电阻比金属大得多.因此，电流密度沿碳纤维的纵向分布也是不均匀的，浸入溶液深处部位的电流密度小，上镀速度慢。

与连续碳纤维一样，短碳纤维增强金属基复合材料的难点主要在制备工艺、界面控制等方面，通过各种方法改善润湿性和优化界面结合来提高复合材料的性能。如对碳纤维/铝复合材料需要解决润湿性差和避免高温下有害界面反应的发生等问题，一般可以采用特殊制备工艺如压力浸渗并配合快速冷却等，也可以用涂层或梯度涂层等作为扩散阻挡层，以得到性能较好的铝基复合材料。而对碳纤维/铜复合材料来说，除润湿性差外，两者之间不反应也不固溶，很难制备出结合良好的复合材料。通常短碳纤维，铜复合材料的制备是将镀铜短碳纤维与铜粉混合后压制成型，但两者密度差别大，混料工艺复杂。因此短碳纤维/铜复合材料的制备工艺亟需改进，此外如何改善碳纤维与铜之间的界面结合及复合材料的性能研究是该领域的热点。

发明内容

本发明的目的在于提出一种电镀工艺。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电镀工艺，该工艺为碳纤维电镀工艺，对碳纤维水洗后，采用合理的电镀参数，对碳纤维表面镀镍，以改善碳纤维的性能，包括：碳纤维水洗——碳纤维去胶——水洗——碳纤维电镀镍——碳纤维水洗——热风吹干。碳纤维水洗采用去离子水，温度30——40度，水洗时间10——20min。碳纤维电镀工艺参数包括600——700g/L硫酸镍，氯化镍40——60g/L，40——50ml/L稳定剂，稳定剂为HF溶液，10——15ml/L次磷酸钠，PH3.5——4.5，电压为15——20V，温度为30——45度，时间4——6min。

具体实施方式

实施例1

一种电镀工艺，该工艺为碳纤维电镀工艺，对碳纤维水洗后，采用合理的电镀参数，对碳纤维表面镀镍，以改善碳纤维的性能，包括：碳纤维水洗——碳纤维电镀镍——碳纤维水洗——热风吹干。碳纤维为无上浆纤维，不需要采用去胶工艺，碳纤维水洗采用去离子水，温度40度，水洗时间20min。碳纤维电镀工艺参数包括600g/L硫酸镍，氯化镍40g/L，40ml/L稳定剂，稳定剂为硼酸溶液，10ml/L次磷酸钠，PH4.5，电压为15V，温度为30度，时间4min2。

实施例2

一种电镀工艺，该工艺为碳纤维电镀工艺，对碳纤维水洗后，采用合理的电镀参数，对碳纤维表面镀镍，以改善碳纤维的性能，包括：碳纤维水洗——碳纤维去胶——水洗——碳纤维电镀镍——碳纤维水洗——热风吹干——质量检验。碳纤维水洗采用去离子水，温度40度，水洗时间20min。碳纤维电镀工艺参数包括650g/L硫酸镍，氯化镍60g/L，50ml/L稳定剂，稳定剂为硼酸溶液，15ml/L次磷酸钠，PH3.5，电压为20V，温度为45度，时间4min。

Claims (3)

1.一种电镀工艺，该工艺为碳纤维电镀工艺，其特征在于对碳纤维水洗后，采用合理的电镀参数，对碳纤维表面镀镍，以改善碳纤维的性能，包括：碳纤维水洗——碳纤维去胶——水洗——碳纤维电镀镍——碳纤维水洗——热风吹干——质量检验。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维水洗采用去离子水，温度30——40度，水洗时间10——20min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳纤维电镀工艺参数包括600——700g/L硫酸镍，40——50ml/L稳定剂，稳定剂为HF溶液，氯化镍40——60g/L，10——15ml/L次磷酸钠，PH3.5——4.5，电压为15——20V，温度为30——45度，时间4——6min。