CN105903483B - 二硫化钼‑镍磷析氢复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种二硫化钼‑镍磷析氢复合材料的制备方法,其主要是首先采用化学镀工艺制备了镍磷合金粉末,然后对其进行了聚乙烯醇浸渍改性处理,之后应用水热合成技术制备了二硫化钼‑镍磷析氢复合材料。在该复合材料制备中,镍磷合金发生从微晶和非晶向磷化镍的晶型转变,二硫化钼也发生了从堆积层状结构向单层结构的剥离转变。本发明成型工艺简便、制备成本低廉,制备的二硫化钼‑镍磷复合材料具有优良的润滑、耐磨、耐腐蚀和电传导特性,其电催化析氢性能优良、重复利用性能好。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术领域,特别涉及一种析氢复合材料的制备方法。
背景技术
随着煤炭、石油等化石燃料的过渡使用,能源短缺和环境污染问题日趋严峻,研发和利用清洁能源已刻不容缓。氢气作为一种可储存、无污染、可再生的优质能源,日益受到关注。电解催化制氢是一种操作简单、技术较为成熟、具有工程化应用价值的制氢技术,但适宜的析氢催化剂研制是其能否大规模市场化的关键。Pt合金虽然具有优良的析氢催化性能,但存储量小、成本高的缺陷限制了其商品化应用。目前,镍金属、碳化物、硼化物、磷化物、硫化物、硒化物等材料皆有望被用作析氢催化材料,但其析氢性能有待进一步提升。因此,积极研发材料易得、成本低廉、催化性能优异的新型析氢材料是纳米催化领域的热点,也是解决人类能源危机的必然选择。
在众多析氢材料中,二硫化钼具有取材广泛、制备简便、成本低廉、析氢性能优良的优点,但目前其析氢性能尚不能满足商品化开发的要求,因而提升其析氢催化性能是推进其商品化应用的关键。为此,国内外学者在此领域开展了诸多研究。二硫化钼具有类似于石墨的层状结构,其析氢活性位点位于(010)和(100)晶面的边缘不饱和硫原子处,而其(002)表面催化活性差;因此众多研究侧重于对其进行剥离、插层和氧化处理,减少二硫化钼的堆积层数,增加边缘活性点数,以提高其电催化析氢活性。公开号为CN104857976A的专利提及了一种纳米花状二硫化钼-石墨烯复合物的制备方法。该技术首先将氧化石墨烯分散于N,N-二甲基甲酰胺中得到悬浮溶液,之后将硫代钼酸铵溶解于该悬浮溶液中;然后将该悬浮溶液置于反应釜中进行水热合成反应得到二硫化钼-石墨烯复合物,采用该技术制备复合材料简单可行,但采用该技术制备的复合材料催化性能稳定性差、且其催化析氢活性不高。
采用常规技术制备的二硫化钼为半导体、导电性差,继而降低了其催化析氢性能。与单纯增加二硫化钼活性位点相比,提高二硫化钼活性位点间的电传导以增强其内在活性,已成为一种提升其析氢性能的新尝试。为此,国内外学者采用金、石墨烯、氧化石墨、三氧化钼、多孔碳材料等为载体,在其上面制备纳米二硫化钼,有效提高了其析氢催化性能。公开号为CN102849798A的专利公开了一种二硫化钼纳米片薄膜材料的制备方法,以铜片、银片、钛片、钨片、钼片和碳为基体,将这些基体置于含有钼酸盐和含硫化合物的溶液中,进行水热合成反应,在其表面生长二硫化钼纳米片状薄膜;也可将钼片直接置入含硫化合物溶液中,然后应用水热合成技术,在钼片上形成二硫化钼纳米片状薄膜。但采用该技术所制材料的电催化活性不高。公开号为CN104862676A的专利公开了一种氧化石墨烯-镍磷复合材料的制备方法,该专利技术首先制备氧化石墨烯,然后配制氧化石墨烯-镍磷复合镀溶液;之后应用化学镀技术,得到氧化石墨烯-镍磷复合镀层。采用该技术制备的镀层表面均匀、光滑,但其比表面积小、析氢催化活性不高。在公开号为CN1605658A的专利公开了一种机械摩擦表面的二硫化钼-镍磷复合镀层电沉积的方法,该技术首先将处理好的机械零件置于盛有沉积液的电解槽中,并使机械零件与电源阴极连接,使其表面沉积二硫化钼-镍磷复合镀层。采用该专利技术制备的镀层不易剥离,但其工艺步骤较为繁琐,并且材料的催化析氢性能不佳。此外,研究者采用化学复合镀技术,将二硫化钼超细颗粒添加到化学镀镍磷镀液中,制得镍磷-二硫化钼复合镀层,但采用该技术制备的复合镀层其主要应用侧重于摩擦与润滑,而不是其析氢催化性能。
综上所述,采用剥离、插层处置措施减薄二硫化钼堆积层,并没有提高其边缘/基面活性位点比例,故而这些方法对二硫化钼析氢性能的提升有限。此外,在提高二硫化钼内部电传导领域的研究,目前报道所涉及的载体材料存在成本高、制备工序复杂等缺陷,因而也不具有工程实用价值。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提供一种方法简单、成本低廉、析氢催化活性高、使用稳定性好的二硫化钼-镍磷析氢复合材料的制备方法。本发明主要是应用化学镀和水热合成组合工艺,首先制备镍磷粉末,然后以聚乙烯醇浸渍改性处理的镍磷粉末为载体,在其表面生长二硫化钼纳米微晶,制备了二硫化钼-镍磷复合材料。
本发明的制备方法如下:
(1)镍磷粉末制备所用化学镀液的配制:
①所用化学原料:
硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵,其用量有如下质量比例关系:硫酸镍:次亚磷酸钠:柠檬酸:丁二酸:乙酸钠:氟化氢铵=25~30:10~15:10~15:3~5:3~5:3~5;
②化学镀镍磷镀液的配制:
首先将硫酸镍、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的容器中,并将容器置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为50~60℃,使加入的试剂完全溶解;等上述各试剂溶解后,再将次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其溶解,待次亚磷酸钠完全溶解后,将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,调整容器中溶液的pH值为4.4~4.8,再将溶液缓慢磁力搅拌20~30min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末的制备和处理:
①化学碱洗液的配制:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解;待磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钠充分溶解后,再将溶液室温下缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液;将配制的化学碱洗液温度升至60~70℃备用;
②化学镀所用不锈钢试件的预处理:
制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;
a、首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;
b、用蒸馏水将不锈钢试件清洗干净,然后将其置于温度为60~70℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;
c、将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化3~5min后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
③不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备:
a、首先将步骤②的不锈钢试件置于盛有温度为83~88℃的步骤(1)的化学镀液的容器中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的容器温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为60~90min;
b、施镀60~90min后,将不锈钢试件从镀液中取出,首选用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,并将其表面吹干;
c、用刮刀将不锈钢试件表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为3~5h,制得平均粒径为8μm的镍磷粉末;
④镍磷粉末的浸泡预处理:
用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.3~0.5%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡60~90min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,再将其研磨成平均粒径为8μm的细小粉末;
(3)二硫化钼-镍磷复合材料的制备:
①所用原料:
钼酸铵、硫脲、步骤(2)制备和处理后的镍磷粉末、蒸馏水,其用量有如下质量比例关系:钼酸铵:硫脲:镍磷粉末:蒸馏水=1.4~1.6:0.25~0.35:0.2~0.4:20;
②二硫化钼-镍磷复合材料的制备:
a、首先依次将钼酸铵、硫脲倒入盛有蒸馏水的容器中,室温搅拌使其溶解;然后将镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理10~15min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为20~30℃;
b、将超声处理的溶液转移到不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,再用蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;
c、将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa,对沉淀物干燥处理12h,将沉淀物从真空干燥箱中取出并将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
与金、石墨烯、氧化石墨、三氧化钼、多孔碳载体材料相比,化学镀镍磷粉末具有制备工艺简单、成本低廉的优点。化学镀镍磷粉末的导电性能优良、且其自身具有优良的催化析氢性能。在水合合成制备二硫化钼-镍磷复合材料过程中,镍磷合金可发生从微晶和非晶向磷化镍的晶型转变,并且磷二镍亚稳相所占比例大;此外,二硫化钼也易于发生从堆积的层状结构向单层结构转变;镍磷和二硫化钼发生的上述变化对提升二硫化钼-镍磷复合材料的析氢性能有积极促进作用。因此,通过本专利技术制备二硫化钼-镍磷复合材料除具有优良的润滑、耐磨、耐腐蚀性能外,还具有优异的电催化析氢性能。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
1、成型工艺简便、制备成本低廉;
2、二硫化钼与镍磷合金粉末结合强度高,所制复合材料的机械强度大、使用寿命长;
3、二硫化钼-镍磷复合材料具有优良的润滑、耐磨、耐腐蚀性能,其电催化析氢性能优异、重复使用性能好。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的二硫化钼-镍磷复合材料和二硫化钼、镍磷的阴极线性极化曲线图。
具体实施方式
实施例1
(1)配制镍磷粉末制备所用的化学镀液:
将25g硫酸镍、10g柠檬酸、3g丁二酸、3g乙酸钠、3g氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,并将烧杯置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为50℃,使加入的试剂完全溶解;再将10g次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其完全溶解,之后将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,并将pH计探头置于溶液中,调整烧杯中溶液的pH值为4.4,再将溶液缓慢磁力搅拌20min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末制备和浸泡处理:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解,再将溶液室温缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液,将配制好的化学碱洗液温度升至60℃备用;制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的长、宽、厚分别为5cm、5cm、0.5cm,该不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;试样抛光后,首先用蒸馏水清洗干净,然后将其置于温度为60℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化时间为3min,活化完毕后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备过程为:首先将经盐酸溶液活化并清洗干净的不锈钢试件置于盛有温度为83℃的化学镀液的烧杯中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的烧杯温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为60min;施镀60min后,将不锈钢试件从镀液中取出,首选用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,最后用吹风机将其表面吹干;用刮刀将其表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为3h,制得平均粒径为8μm的镍磷粉末;
用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.3%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡60min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,用玛瑙研钵将其研磨成平均粒径为8μm的细小颗粒;
(3)制备二硫化钼-镍磷复合材料:
首先依次将1.4g钼酸铵、0.25g硫脲放入盛有20g蒸馏水的烧杯中,室温搅拌使其溶解;然后将0.2g镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理10min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为20℃;将超声处理的溶液转移到容积为25mL、内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后,关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,再用蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中干燥处理,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa;干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出,并用玛瑙研钵将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
图1为实施例1中制备的二硫化钼-镍磷复合材料电化学析氢的阴极线性极化曲线,其中二硫化钼-镍磷析氢复合材料为工作电极,铂电极为对电极,银/氯化银电极为参比电极,扫描速率为2mV/s,电势扫描区间为-0.4~0.6V,电极电势校准为相对于可逆氢电极的电极电势,电解液为1.0mol/L的氢氧化钠溶液。曲线1为纯二硫化钼的阴极线性极化曲线,曲线2为纯镍磷的阴极线性极化曲线,曲线3为二硫化钼-镍磷复合材料的阴极线性极化曲线。由图1可知,当阴极电势为-100mV时,纯二硫化钼材料的阴极析氢电流密度为0.62mA/cm2,纯镍磷材料的阴极析氢电流密度为40.72mA/cm2,而应用本专利技术制备的二硫化钼-镍磷复合材料的阴极析氢电流密度为109.96mA/cm2,其阴极析氢电流密度最大,故而二硫化钼-镍磷复合材料的阴极电化学析氢性能最佳。
实施例2
(1)配制镍磷粉末制备所用的化学镀液:
将27g硫酸镍、12g柠檬酸、3.5g丁二酸、3.8g乙酸钠、3.5g氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,并将烧杯置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为53℃,使加入的试剂完全溶解;再将12g次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其完全溶解,之后将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,并将pH计探头置于溶液中,调整烧杯中溶液的pH值为4.6,再将溶液缓慢磁力搅拌24min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末制备和浸泡处理:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解,再将溶液室温缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液,将配制好的化学碱洗液温度升至63℃备用;制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的长、宽、厚分别为5cm、5cm、0.5cm,该不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;试样抛光后,首先用蒸馏水清洗干净,然后将其置于温度为63℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化时间为3.5min,活化完毕后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备过程为:首先将经盐酸溶液活化并清洗干净的不锈钢试件置于盛有温度为85℃的化学镀液的烧杯中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的烧杯温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为70min;施镀70min后,将不锈钢试件从镀液中取出,用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,最后用吹风机将其表面吹干;用刮刀将其表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为3.8h,制得平均粒径为8μm的镍磷粉末;
镍磷粉末的浸泡处理过程为:用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.36%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡70min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,用玛瑙研钵将其研磨成平均粒径为8μm的细小颗粒;
(3)制备二硫化钼-镍磷复合材料:
首先依次将1.48g钼酸铵、0.28g硫脲倒入盛有20g蒸馏水的烧杯中,室温搅拌使其溶解;然后将0.28g镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理12min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为23℃;将超声处理的溶液转移到容积为25mL、内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后,关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,再用蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中干燥处理,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa;干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出并用玛瑙研钵将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
实施例3
(1)配制镍磷粉末制备所用的化学镀液:
将28g硫酸镍、14g柠檬酸、4g丁二酸、4.4g乙酸钠、4g氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,并将烧杯置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为57℃,使加入的试剂完全溶解;再将13g次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其完全溶解,之后将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,并将pH计探头置于溶液中,调整烧杯中溶液的pH值为4.6,再将溶液缓慢磁力搅拌27min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末制备和浸泡处理:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解,再将溶液室温缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液,将配制好的化学碱洗液温度升至67℃备用;制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的长、宽、厚分别为5cm、5cm、0.5cm,该不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;试样抛光后,首先用蒸馏水清洗干净,然后将其置于温度为67℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化时间为4min,活化完毕后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备过程为:首先将经盐酸溶液活化并清洗干净的不锈钢试件置于盛有温度为87℃的化学镀液的烧杯中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的烧杯温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为80min;施镀80min后,将不锈钢试件从镀液中取出,用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,最后用吹风机将其表面吹干,用刮刀将其表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为4.4h,即制备了平均粒径为8μm的镍磷粉末;
镍磷粉末的浸泡处理过程为:用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.44%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡80min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,用玛瑙研钵将其研磨成平均粒径为8μm的细小颗粒;
(3)制备二硫化钼-镍磷复合材料:
首先依次将1.54g钼酸铵、0.32g硫脲倒入盛有20g蒸馏水的烧杯中,室温搅拌使其溶解;然后将0.34g镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理14min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为27℃;将超声处理的溶液转移到容积为25mL、内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后,关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,再用蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中干燥处理,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa;干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出,并用玛瑙研钵将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
实施例4
(1)配制镍磷粉末制备所用的化学镀液:
将30g硫酸镍、15g柠檬酸、5g丁二酸、5g乙酸钠、5g氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,并将烧杯置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为60℃,使加入的试剂完全溶解,再将15g次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其完全溶解,之后将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,并将pH计探头置于溶液中,调整烧杯中溶液的pH值为4.8,再将溶液缓慢磁力搅拌30min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末制备和浸泡处理:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解;再将溶液室温缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液;将配制好的化学碱洗液温度升至70℃备用;制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的长、宽、厚分别为5cm、5cm、0.5cm,该不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;试样抛光后,首先用蒸馏水清洗干净,然后将其置于温度为70℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化时间为5min,活化完毕后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备过程为:首先将经盐酸溶液活化并清洗干净的不锈钢试件置于盛有温度为88℃的化学镀液的烧杯中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的烧杯温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为90min;施镀90min后,将不锈钢试件从镀液中取出,首选用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,最后用吹风机将其表面吹干;待表面镀有镍磷镀层的不锈钢试件吹干后,用刮刀将其表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为5h,制得平均粒径为8μm的镍磷粉末;
镍磷粉末的浸泡处理过程为:用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.5%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡90min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,待其烘干后,用玛瑙研钵将其研磨成平均粒径为8μm的细小颗粒;
(3)制备二硫化钼-镍磷复合材料:
首先依次将1.6g钼酸铵、0.35g硫脲倒入盛有20g蒸馏水的烧杯中,室温搅拌使其溶解;然后将0.4g镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理15min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为30℃;将超声处理的溶液转移到容积为25mL、内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后,关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后首先用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,之后再另取蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中干燥处理,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa;干燥处理12h后将沉淀物从真空干燥箱中取出,并用玛瑙研钵将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
Claims (1)
1.一种二硫化钼-镍磷析氢复合材料的制备方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
(1)镍磷粉末制备所用化学镀液的配制:
①所用化学原料:
硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵,其用量有如下质量比例关系:硫酸镍:次亚磷酸钠:柠檬酸:丁二酸:乙酸钠:氟化氢铵=25~30:10~15:10~15:3~5:3~5:3~5;
②化学镀镍磷镀液的配制:
首先将硫酸镍、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵依次加入到盛有1L蒸馏水的容器中,并将容器置于磁力搅拌器上,加热使溶液的温度为50~60℃,使加入的试剂完全溶解;等上述各试剂溶解后,再将次亚磷酸钠加入到溶液中,搅拌使其溶解,待次亚磷酸钠完全溶解后,将溶液温度自然冷却至室温;然后用滴管将质量百分浓度为25%的氨水溶液逐滴滴加到溶液中,磁力搅拌,调整容器中溶液的pH值为4.4~4.8,再将溶液缓慢磁力搅拌20~30min,即配制了制备镍磷粉末所用的化学镀液;
(2)镍磷粉末的制备和处理:
①化学碱洗液的配制:
将70g磷酸钠、50g碳酸钠和10g氢氧化钠依次加入到盛有1L蒸馏水的烧杯中,搅拌使其充分溶解;待磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钠充分溶解后,再将溶液室温下缓慢搅拌30min,即得化学碱洗液;将配制的化学碱洗液温度升至60~70℃备用;
②化学镀所用不锈钢试件的预处理:
制备化学镀镍磷镀层所用不锈钢试件的化学成分质量百分数为:碳0.08、硫0.03、磷0.045、硅1.0、锰2.0、镍8.0、铬18.0、余量为铁;
a、首先依次用60#、120#、280#规格的砂布对不锈钢试件进行初步抛光,去除试件表面的污物、氧化皮等杂质,之后再用400#规格的水砂纸对其精细抛光,试件抛光完毕后,其表面应平整、光滑,无宏观缺陷、划痕、砂眼;
b、用蒸馏水将不锈钢试件清洗干净,然后将其置于温度为60~70℃的化学碱洗液中进行除油处理,5min后将其从碱洗液中取出,先用流动的自来水冲洗,然后再用蒸馏水将其清洗干净;
c、将除油并清洗干净的不锈钢试件置于质量百分浓度为10%的盐酸溶液中进行活化处理,活化温度为室温,活化3~5min后,将试件从盐酸溶液中取出,并用蒸馏水洗净其表面残留的盐酸溶液;
③不锈钢试件的施镀和镍磷粉末的制备:
a、首先将步骤②的不锈钢试件置于盛有温度为83~88℃的步骤(1)的化学镀液的容器中,然后将一根前端和表面用砂纸打磨、直径为0.5mm的细铁丝置于镀液中,并使其前端与不锈钢试件充分接触;待不锈钢表面有大量气泡产生和析出后,将铁丝从化学镀液中取出,盛有镀液的容器温度采用水浴加热控制,施镀时间控制为60~90min;
b、施镀60~90min后,将不锈钢试件从镀液中取出,首选用流动的自来水冲洗其表面,然后用蒸馏水将其清洗干净,并将其表面吹干;
c、用刮刀将不锈钢试件表面的镍磷镀层刮擦下来,并将刮下来的镍磷镀层置于高能量球磨机中进行研磨,球磨机的转速为1425rpm/min,球料比为50:1,研磨时间为3~5h,制得平均粒径为8μm的镍磷粉末;
④镍磷粉末的浸泡预处理:
用聚合度为1700、醇解度为88%的聚乙烯醇配制质量百分浓度为0.3~0.5%的聚乙烯醇水溶液,将球磨处理后的镍磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中,室温浸泡60~90min,然后将其取出置于烘箱中于80℃温度下烘干,再将其研磨成平均粒径为8μm的细小粉末;
(3)二硫化钼-镍磷复合材料的制备:
①所用原料:
钼酸铵、硫脲、步骤(2)制备和处理后的镍磷粉末、蒸馏水,其用量有如下质量比例关系:钼酸铵:硫脲:镍磷粉末:蒸馏水=1.4~1.6:0.25~0.35:0.2~0.4:20;
②二硫化钼-镍磷复合材料的制备:
a、首先依次将钼酸铵、硫脲倒入盛有蒸馏水的容器中,室温搅拌使其溶解;然后将镍磷粉末加到溶液中,将溶液置于超声波处理器中进行超声波处理10~15min,超声波频率为40kHz,超声波水浴的温度为20~30℃;
b、将超声处理的溶液转移到不锈钢反应釜中,拧紧不锈钢反应釜的密封盖并将其置于电炉中,控制电炉炉堂内的温度为200℃,待反应釜中的混合溶液在此温度下水热反应24h后关闭电炉电源使其自然冷却至室温,之后将不锈钢反应釜从电炉中取出,打开不锈钢反应釜的密封盖,将反应釜内的混合溶液进行离心分离处理,离心机转速为4000rpm/min,离心时间为10min,然后用无水乙醇洗涤离心得到的沉淀物3次,再用蒸馏水离心洗涤沉淀物5次;
c、将洗涤后的沉淀物置于真空干燥箱中,控制真空干燥箱的温度为60℃、真空度为0.05MPa,对沉淀物干燥处理12h,将沉淀物从真空干燥箱中取出并将其研碎为粉末,即得到平均粒径为8μm的二硫化钼-镍磷复合材料。
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