CN103233212A - 一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法 - Google Patents

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惠彬
李坚
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Abstract

一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，它涉及一种木材表面化学镀的方法。本发明要解决现有木材表面化学镀工艺复杂、镀层与木材层结合强度低和耐腐蚀性差的问题。木材表面镀镍铜磷合金的方法：一、还原剂由NaBH4溶液和NaOH溶液组成；二、化学镀溶液由硫酸镍、硫酸铜、次亚磷酸钠、柠檬酸三钠、乙酸铵和氨水组成，通过氨水调节体系的pH至8～11，得到化学镀溶液；三、木材浸渍到还原剂中，取出后再浸于70～95℃的化学镀溶液中，得到表面镀镍铜磷三元合金的木材。本发明化学镀工艺简单，镀层与木材层结合强度可达4.387MPa，耐腐蚀性能良好。

Description

一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法
技术领域
本发明涉及一种木材表面化学镀的方法。
背景技术
化学镀是一种表面处理技术，尤其对形状不规则的基质，能使非金属基质金属化，比电镀有更好的优势，而且获得的镀层均匀、具有较好的力学性能及装饰性能，赋予材料表面导电性、电磁屏蔽性能和耐腐蚀性等。
传统的金属镀层有难以克服的缺点，铜的导电性很强，但金属层在空气中很容易被氧化；镀镍稳定但耐腐蚀性差一些。由于Ni-Cu-P三元合金比Ni-P二元合金具有更好的耐腐蚀性、热稳定性、硬度、耐磨性和抗磁性，所以受到人们的广泛关注。
对于非金属材料，其表面没有催化剂，所以施镀前必须活化，传统施镀一般采用胶体钯（PdCl2-SnCl2）活化。马梅荣研究塑料化学镀Ni-Cu-P镀层包括以下工艺流程：碱性除油→高铬酸粗化→亚硫酸钠溶液还原→HCl溶液预浸→胶体钯活化→NaOH溶液解胶→化学镀Ni-Cu-P→干燥→性能测定。
但由于PdCl2原料昂贵，且基质易吸附一层亚锡粒子而影响化学镀层的均匀性，操作工序复杂，不宜控制。在现有的化学镀镍铜磷工艺中，主要存在金属与非金属层结合强度低，且使用的甲醛、甲醇和盐酸等有毒，不适合大规模生产。
而在专利号：ZL200810064935.0，专利名称：一种木材表面化学镀镍的方法的专利中公开了一种制备镀层Ni-P的方法，但是镀层的耐腐蚀性效果不突出，致使应用受限。
发明内容
本发明目的是为了解决现有木材表面化学镀工艺复杂、镀层与木材层结合强度低和耐腐蚀性差的问题，而提供一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法。
本发明木材表面镀镍铜磷三元合金的方法按下列步骤实现：
一、还原剂由2～7g/L的NaBH4溶液和1～6g/L的NaOH溶液组成；
二、化学镀溶液由20～50g/L的硫酸镍、0.5～2.0g/L的硫酸铜、20～50g/L的次亚磷酸钠、30～60g/L的柠檬酸三钠、20～50g/L的乙酸铵和氨水组成，通过氨水调节体系的pH至8～11；
三、将木材浸渍到还原剂3～8min，取出木材在室温下水平放置0.6～1.2min，然后浸渍于70～95℃的化学镀溶液中15～30min，得到表面镀镍铜磷三元合金的木材。
本发明将木材浸入NaBH4溶液，然后再把载有NaBH4溶液的木材放置于化学镀溶液中，NaBH4与化学镀溶液中的Ni2+反应生成Ni0作为催化活性中心，在70～95℃的温度下Ni2+和Cu2+与还原剂H2PO2 -反应，共沉积生成Ni-Cu-P三元合金。
本发明木材表面镀镍铜磷三元合金的方法所用的活化液配比容易，活化和化学镀在同一溶液中完成，工艺简单，镀层与木材层结合强度达到4.3MPa以上，耐腐蚀性良好。
附图说明
图1是实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材放大200倍的SEM电镜图；
图2是实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材放大500倍的SEM电镜图；
图3是实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材放大1000倍的SEM电镜图；
图4是实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材放大3000倍的SEM电镜图；
图5是实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材的电磁屏蔽效能图，a表示未镀镀镍铜磷三元合金的木材电磁屏蔽效能，b表示实施例一得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材电磁屏蔽效能；
图6是实施例一至实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材镀层表面电阻率与pH的关系图；
图7是实施例一、实施例三和实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材Tafel曲线图；
图8是实施例一至实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材XRD图；
图9是实施例一、实施例三和实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材XPS分析组分图，代表镍，
Figure BDA00003209549700022
代表铜，
Figure BDA00003209549700023
代表磷。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式木材表面镀镍铜磷三元合金的方法按下列步骤实现：
一、还原剂由2～7g/L的NaBH4溶液和1～6g/L的NaOH溶液组成；
二、化学镀溶液由20～50g/L的硫酸镍、0.5～2.0g/L的硫酸铜、20～50g/L的次亚磷酸钠、30～60g/L的柠檬酸三钠、20～50g/L的乙酸铵和氨水组成，通过氨水调节体系的pH至8～11；
三、将木材浸渍到还原剂3～8min，取出木材在室温下水平放置0.6～1.2min，然后浸渍于70～95℃的化学镀溶液中15～30min，得到表面镀镍铜磷三元合金的木材。
本实施方式通过调节还原剂中NaOH溶液的浓度来影响镀速，以使镀层较快、较均匀沉积，其活化阶段反应如下：
2Ni2++BH4 -+2H2O→2Ni0+2H2↑+BO2 -+4H+
2Cu2++BH4 -+2H2O→2Cu0+2H2↑+BO2 -+4H+
而在化学镀的活化阶段，通过控制化学镀溶液中CuSO4的浓度以使镀层均匀，因为过多的Cu沉积会抑制镍核的催化，降低反应速度，影响后续自催化反应。使用氨水调节化学镀溶液的pH，通过其与镀液中的镍和铜离子络合来控制自由离子的浓度，促使两金属的电极电位向负移动并趋于相近，实现Ni-Cu共沉积。其自催化阶段反应如下：
2H2PO2 -+4OH-+Ni2+→2HPO3 2-+2H2O+Ni↓+H2↑
2H2PO2 -+4OH-+Cu2+→2HPO3 2-+2H2O+Cu↓+H2↑
2H2PO2 -+6H++4H-→4H2O+2P↓+3H2↑
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一还原剂由4～6g/L的NaBH4溶液和1～3g/L的NaOH溶液组成。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤二化学镀溶液由23～35g/L的硫酸镍、0.5～1.5g/L的硫酸铜、30～45g/L的次亚磷酸钠、40～55g/L的柠檬酸三钠、25～40g/L的乙酸铵和氨水组成。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是通过氨水调节体系的pH至8.5～10。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是通过氨水调节体系的pH至9.5。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三浸渍于83～93℃的化学镀溶液中15～30min。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三所用的木材为桦木单板。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
实施例一：本实施例木材表面镀镍铜磷三元合金的方法按下列步骤实现：
一、还原剂由5g/L的NaBH4溶液和2g/L的NaOH溶液组成；
二、化学镀溶液由30g/L的硫酸镍、1g/L的硫酸铜、40g/L的次亚磷酸钠、50g/L的柠檬酸三钠、35g/L的乙酸铵和氨水组成，通过氨水调节体系的pH至9.5；
三、将木材浸渍到还原剂5min，取出木材在室温下水平放置1min，然后浸渍于90℃的化学镀溶液中20min，得到表面镀镍铜磷三元合金的木材。
本实施例得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材放大200倍的SEM电镜图如图1所示；放大500倍的SEM电镜图如图2所示；放大1000倍的SEM电镜图如图3所示；放大3000倍的SEM电镜图如图4所示。
将本实施例得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材利用直拉法测定镀层与桦木单板之间的结合强度，测得镀层与木材之间的结合强度可达4.387MPa。
本实施例得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材的电磁屏蔽效能图如图5所示，从图5可知当电磁频率在9KHz到1.5GHz变化时,电磁屏蔽效能平均高于60dB。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是通过氨水调节体系的pH至8.5，得到化学镀溶液。其它步骤及参数与实施例一相同。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是通过氨水调节体系的pH至9.0，得到化学镀溶液。其它步骤及参数与实施例一相同。
实施例四：本实施例与实施例一不同的是通过氨水调节体系的pH至10，得到化学镀溶液。其它步骤及参数与实施例一相同。
实施例一至实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材镀层表面电阻率与pH的关系图如图6所示，通过图6可知当氨水调节体系的pH=8.5时，表面电阻率R=981.6mΩ/cm2;pH=9.0时，表面电阻率R=639.8mΩ/cm2;pH=9.5时，表面电阻率R=408.1mΩ/cm2;pH=10.0时，表面电阻率R=377.4mΩ/cm2。
实施例一、实施例三和实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材Tafel曲线如图7所示，测试结果见表1；
表1
实施例一至实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材的XRD图如图8所示；在2θ=22.18°是典型的木材纤维素峰，2θ=44.52°是Ni(111)的峰，从图8可知随着pH升高，纤维素的峰越来越弱，Ni(111)的峰越来越尖锐，表明了镀层随pH值得增大变得更厚，晶型从非晶态逐渐变为微晶态。
实施例一、实施例三和实施例四得到的表面镀镍铜磷三元合金的木材XPS分析组分图如图9所示，从此图可知随着pH增大，镍含量逐渐升高，铜和磷含量降低。

Claims (7)

1.一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于木材表面镀镍铜磷三元合金的方法按下列步骤实现：
一、还原剂由2～7g/L的NaBH4溶液和1～6g/L的NaOH溶液组成；
二、化学镀溶液由20～50g/L的硫酸镍、0.5～2.0g/L的硫酸铜、20～50g/L的次亚磷酸钠、30～60g/L的柠檬酸三钠、20～50g/L的乙酸铵和氨水组成，通过氨水调节体系的pH至8～11；
三、将木材浸渍到还原剂3～8min，取出木材在室温下水平放置0.6～1.2min，然后浸渍于70～95℃的化学镀溶液中15～30min，得到表面镀镍铜磷三元合金的木材。
2.根据权利要求1所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于步骤一还原剂由4～6g/L的NaBH4溶液和1～3g/L的NaOH溶液组成。
3.根据权利要求1所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于步骤二化学镀溶液由23～35g/L的硫酸镍、0.5～1.5g/L的硫酸铜、30～45g/L的次亚磷酸钠、40～55g/L的柠檬酸三钠、25～40g/L的乙酸铵和氨水组成。
4.根据权利要求1所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于通过氨水调节体系的pH至8.5～10。
5.根据权利要求4所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于通过氨水调节体系的pH至9.5。
6.根据权利要求1所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于步骤三浸渍于83～93℃的化学镀溶液中15～30min。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种木材表面镀镍铜磷三元合金的方法，其特征在于步骤三所用的木材为桦木单板。
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