CN105483804B - 一种碳化硼复合电极的制备方法 - Google Patents

一种碳化硼复合电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种碳化硼复合电极的制备方法，先将碳化硼进行前处理，将碳化硼装入布袋中备用；将导电基体放入超声波清洗仪中超声清洗，然后进行活化，火候的导电基体进行阳极极化，阳极极化后的导电基体进行预镀镍；将所得的预镀镍好的导电基体旋转插入碳化硼中作为阴极，镍板作为阳极，电镀液为镀镍溶液，进行上砂电镀作业；将上述上砂好的导电基体进行电化学镀镍加固或是化学镀镍加固，用高分子聚合物将镀好的基体完全包覆，加热烘，使有机高分子聚合物固化，再进行打磨，打磨至基体尖端裸露出自身粒径的10%‑‑30%，即为碳化硼复合电极。本发明的方法操作简单，生产成本低，产品均一性好，易于控制，且不受基体材质，大小，几何形状的影响。

Description

一种碳化硼复合电极的制备方法
技术领域
本发明属于电学领域，涉及一种复合电极，具体来说是一种碳化硼复合电极的制备方法。
背景技术
B4C具有高熔点、高硬度、低密度等优良性能，并具有良好的中子吸收能力和抗化学侵蚀能力，因而广泛应用于耐火材料、工程陶瓷、核工业、宇航等领域。但是碳化硼所具有的优良电化学性和抗化学腐蚀性却很少被人重视。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明提供了一种碳化硼复合电极的制备方法，所述的这种化硼复合电极的制备方法解决了现有技术中的方法制备的碳化硼复合电极性能不稳定、产品均一性不佳的技术问题。
本发明一种碳化硼复合电极的制备方法，包括以下步骤：
1)一个碳化硼的前处理步骤；
将碳化硼放入NaOH溶液中煮沸2-5h后，用蒸馏水洗碳化硼至残留液中性；将上述碱液处理后的碳化硼放入HNO3溶液中煮沸120-180min，然后用蒸馏水冲洗碳化硼至残留液中性，并将上述碳化硼装入布袋中备用；
2)一个导电基体的前处理步骤；
取适量有机溶剂淹没导电基体，并放入超声波清洗仪中超声20min-180min；再将上述导电基体取出放入盛有化学除油液的容器中，将容器放入恒温水浴锅中1-5h；取出上述导电基体，先用35~50℃热水反复冲洗，再用常温蒸馏水反复冲洗，保存至蒸馏水溶液中；将上述清洗后的导电基体用夹具固定好后浸入到50-200g/L的HCl溶液中30-90s；以上述活化后的导电基体为阳极，以铅板或钛板为阴极，电解液是质量分数为1%-10%的H2SO4水溶液，电流密度为1A/dm2-10A/dm2进行电解，电解时间为10s-60s，电解次数为1-4次；以上述阳极极化后的导电基体为阴极进行预镀镍，镍板为阳极，电镀液为含NiSO4、·6H2O和HCl的混合溶液，电流密度：1-10A/dm2，时间：2-8min；
3)一个制备碳化硼复合镀层的步骤；
将步骤（2）所得的预镀镍好的导电基体旋转插入步骤（1）中装在布袋里的碳化硼中作为阴极，镍板作为阳极，电镀液为镀镍溶液，进行埋砂复合电镀；上砂的电流密度为0.25-1A/dm2，埋砂复合电镀厚度为碳化硼粒径15~25%，将上述上砂好的导电基体进行电化学镀镍加固或是化学镀镍加固，加固镍层厚度为碳化硼粒径的18~22%；
4)一个制备有机包覆层的步骤，
用高分子聚合物将镀好的基体完全包覆，在70~90℃的真空烘箱中烘0.5~2小时，使有机高分子聚合物固化，将固化好的基体打磨，打磨至基体尖端裸露出自身粒径的10%--30%，即为碳化硼复合电极。
进一步的，步骤1）中，碳化硼质量：NaOH溶液体积=1（g）：2.5-3（ml），所述的NaOH溶液的质量百分比浓度为20~50%。
进一步的，步骤1）中，碳化硼质量：HNO3溶液体积=1（g）：2.5-3（ml）。所述的硝酸的浓度为40~68%。
进一步的，步骤2）中，在混合溶液中，NiSO4、·6H2O的浓度为250g/L，质量百分比浓度为38%HCl的浓度为120mL/L。
进一步的，步骤2）中，所述的有机溶剂为丙酮或者乙酸乙酯。
进一步的，步骤4）中所述的高分子聚合物为在pH值0~14范围内水溶液中稳定的高分子聚合物，优选为环氧树脂。
进一步的，步骤1）中，所述的碳化硼颗粒粒径控制在50微米以上。
所述的导电基体为铸铁、钢、镍、铬、铜、银、锌、铝、铅、锡、导电塑料、或者上述金属的合金。
具体的，所述的导电基体（复合镀层基质金属）可以是镍、铜、钴、铁、铬、银、金、锌、镉、铅、锡、Ni-Co 、Ni-Fe、Ni-Mn、Pb-Sn、Ni-P、Ni-B、Co-B、Fe-P等原则上凡能藉助电镀或化学镀方法而获得的单金属及合金镀层，均可作为基质金属。具体的，基质金属镀层的厚度控制为碳化硼微粒粒径的30%。
所述的碳化硼复合镀层制备方法可以采用埋砂法，扬沙法，悬浮法，镶嵌法等一切可以均匀固定碳化硼的方法。碳化硼复合颗粒在镀层中的面密度控制在50%~80%。有机包覆层可以采用浸涂方法、刷涂方法、喷涂方法、电泳涂装方法、熔覆方法等方法将有机包覆层将复合电极完整包覆。包覆后的碳化硼复合电极可以采用打磨方法、溶剂溶蚀方法、灼烧方法等方法，部分去除包覆层，使碳化硼外露，剩余的包覆层能完整覆盖基质金属镀层且厚度控制在碳化硼颗粒粒径的30%。
本发明采用复合电镀的方法将碳化硼固体微粒均匀的埋嵌于基质金属上，再用高分子聚合物将其包覆，并采用滚动打磨的方法使碳化硼颗粒的尖端露出，这样就制备出了碳化硼复合电极。
本发明借鉴埋沙复合镀的方法，提出一种采用埋沙复合镀制备碳化硼复合电极的方法。为避免基体的基质金属在电解液中的不稳定溶解，本发明采用高分子聚合物包覆基体，再用打磨的方法使碳化硼尖端露出，使得基体中基质金属只起导电作用，真正与电解液接触的只是碳化硼。
本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。同本发明的方法制备的碳化硼复合电极适合于水溶液体系中作阳极和阴极使用，具有良好的导电性和电化学稳定性，使得该电极具有普通电极所不具备的优良特性，具有更广的电化学窗口。本发明的方法操作简单，生产成本低，产品均一性好，易于控制，且不受基体材质、大小、几何形状的影响，在化学，环境等领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1为采用本发明的方法所制备的碳化硼复合电极的扫描电镜图。
图2为实施例所制备的碳化硼复合电极在中性体系中的CV曲线图。
图3为实施例所制备的碳化硼复合电极在碱性体系中的CV曲线图。
图4为实施例所制备的碳化硼复合电极在酸性体系中的CV曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步阐述，但并不限制本发明。
实施例1
一种不锈钢针体碳化硼复合电极的制备方法，该针体为直径1.32mm 长度5cm的不锈钢针。具体包括以下步骤：
（1）、碳化硼的前处理：
按照碳化硼质量：NaOH溶液体积=1（g）：2.5-3（ml）的比例，将碳化硼放入NaOH溶液中煮沸2-5h后，用蒸馏洗碳化硼至残留液中性；
将上述碱液处理好的按碳化硼照：体积比HNO3溶液=1（g）：2.5-3（ml）的比例放入HNO3溶液中煮沸120-180min后，用蒸馏水冲洗碳化硼至残留液中性；
将上述清洗后的碳化硼浸入镀液中过夜。
将上述浸入镀液的碳化硼装入布袋中并放入电镀镀液中。
（2）、针体的前处理：
针体的前处理工序为：有机溶剂除油→化学除油→冲洗→化学活化→阳极极化→预镀镍；
有机溶剂除油：取适量有机溶剂淹没针体并放入超声波清洗仪中超声100min；
化学除油：将上述导电基体取出放入盛有化学除油液的烧杯中，将烧杯放入恒温水浴锅中2h；
冲洗：取出上述导电基体，先用40℃热水反复冲洗，再用常温蒸馏水反复冲洗，保存至蒸馏水溶液中；
化学活化：将上述清洗后的导电基体用夹具固定好后浸入到100g/L的HCl溶液中60s；
阳极极化：以上述活化后的针体为阳极，铅板为阴极，电解液是质量分数为10%的H2SO4水溶液，电流密度为5A/dm2进行电解，电解时间为20s，电解次数为4次。
预镀镍：以上述阳极极化后的针体为阴极，镍板为阳极，电镀液为含NiSO4 ·6H2O：250g/L 38%HCl：120mL/L的混合溶液，温度：室温，电流密度：5A/dm2，时间：5min。
（3）、碳化硼复合镀层的制备：
上砂→加固。
上砂：将步骤（2）所得的预镀镍好的针体旋转插入步骤（1）中装在布袋里的碳化硼中并作为阴极，镍板作为阳极，电镀液为镀镍溶液，进行电镀作业。上砂电流密度为1A/dm2，上砂镀层厚度为碳化硼粒径的5%-20%。
加固：将上述上砂好的针体进行电化学镀镍加固或是化学镀镍加固，加固镍层厚度为碳化硼粒径的15%-30%。
（4）有机包覆层的制备：
有机高聚物包覆层的制备： 用环氧树脂胶水将镀好的针体完全包覆，在80℃的真空烘箱中烘干1h使环氧树脂固化。在320目水磨纱布上将固化好的针体滚动打磨，且要轻柔，防止力量过大使碳化硼微粒与聚合物之间产生缝隙，镀液浸入导致电极溶解失效，边打磨边用万用表测其导电性，直至打磨至碳化硼尖端裸露出自身粒径的10%--30%为最好。
这样就制备出了基体为1.32mm不锈钢针体的碳化硼复合电极。
图1为实施例1所制备的碳化硼复合电极扫描电镜图，由图1可知环氧树脂完全包覆导电基体，只有碳化硼外露。由此说明该电极发生电催化作用的中心只是导电的碳化硼。
图2为实施例1中所制备的碳化硼电极在中性体系中循环伏安扫描图，由图2可知该碳化硼电极在中性体系中的电化学窗口为-0.75V- +0.25V，且背景电流较小。由此说明该碳化硼复合电极可以作为中性体系中检测发生在中性体系中高电位时的电化学氧化作用的电极电极。
图3为实施例2中所制备的碳化硼复合电极在碱性体系中的循环伏安扫描图，由图3可知该碳化硼电极在碱性体系中的电化学窗口为-1.0V- +0.5V，且背景电流较小。由此说明该碳化硼复合电极可以作为碱性环境中的离子检测性电极。
图4为实施例2中所制备的碳化硼复合电极在酸性体系中的循环伏安扫描图，由图4可知该碳化硼电极在酸性体系中的电化学窗口为-0.3V- +0.1V，且背景电流较小。由此说明该碳化硼复合电极可以作为酸性环境中的离子检测性电极。
以上所述仅是本发明的实施方式的举例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）一个碳化硼的前处理步骤；
将碳化硼放入NaOH溶液中煮沸2-5h后，用蒸馏水洗碳化硼至残留液中性；将上述碱液处理后的碳化硼放入HNO3溶液中煮沸120-180min，然后用蒸馏水冲洗碳化硼至残留液中性，并将上述碳化硼装入布袋中备用；
2）一个导电基体的前处理步骤；
取适量有机溶剂淹没导电基体，并放入超声波清洗仪中超声20min-180min；再将上述导电基体取出放入盛有化学除油液的容器中，将容器放入恒温水浴锅中1-5h；取出上述导电基体，先用35~50℃热水反复冲洗，再用常温蒸馏水反复冲洗，保存至蒸馏水溶液中；将上述清洗后的导电基体用夹具固定好后浸入到50-200g/L的HCl溶液中30-90s；以上述活化后的导电基体为阳极，以铅板或钛板为阴极，电解液是质量分数为1%-10%的H2SO4水溶液，电流密度为1A/dm2-10A/dm2进行电解，电解时间为10s-60s，电解次数为1-4次；以上述阳极极化后的导电基体为阴极进行预镀镍，镍板为阳极，电镀液为含NiSO4·6H2O和HCl的混合溶液，电流密度：1-10A/dm2，时间：2-8min；
3）一个制备碳化硼复合镀层的步骤；
将步骤（2）所得的预镀镍好的导电基体旋转插入步骤（1）中装在布袋里的碳化硼中作为阴极，镍板作为阳极，电镀液为镀镍溶液，进行埋砂复合电镀；上砂的电流密度为0.25-1A/dm2，埋砂复合电镀厚度为碳化硼粒径的15~25%，将上述上砂好的导电基体进行电化学镀镍加固或是化学镀镍加固，加固镍层厚度为碳化硼粒径的18~22%；
4）一个制备有机包覆层的步骤，
用高分子聚合物将镀好的基体完全包覆，在70~90℃的真空烘箱中烘0.5~2小时，使有机高分子聚合物固化，将固化好的基体打磨，打磨至基体尖端裸露出自身粒径的10%--30%，即为碳化硼复合电极。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：步骤1）中，碳化硼质量：NaOH溶液体积=1 g：2.5-3 ml，所述的NaOH溶液的质量百分比浓度为20~50%。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：步骤1）中，碳化硼质量：HNO3溶液体积=1 g：2.5-3 ml。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：步骤2）中，在混合溶液中，NiSO4·6H2O的浓度为250g/L，质量百分比浓度为38%HCl的浓度为120mL/L。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述的有机溶剂为丙酮或者乙酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述的高分子聚合物为在pH值0-14范围内水溶液中稳定的高分子聚合物。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硼复合电极的制备方法，其特征在于：所述的导电基体为铸铁、钢、镍、铬、铜、银、锌、铝、铅、锡、导电塑料或者上述金属的合金。
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