CN105195737B - 一种SiC颗粒表面包覆镍的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种SiC颗粒表面包覆镍的方法，属于微米粒子表面处理技术领域，其包括如下步骤：1)去油除污处理；2)SiC颗粒活化；3)施镀，配制化学镀液，配制硫酸镍六水20‑40g/L，次亚磷酸钠10‑30g/L，柠檬酸30‑50g/L，硫酸铵50‑70g/L的去离子水溶液，取活化后的SiC颗粒5‑10g/L置于配制好的镀液中，调节溶液pH至8‑12，将反应体系置于水浴槽中30‑40℃恒温水浴，加以机械搅拌，得到施镀后的反应液；4)后处理。本发明的SiC颗粒表面包覆镍的方法，通过无钯激活的方法在SiC颗粒表面预先沉积镍颗粒，并通过化学镀镍溶液对SiC颗粒实施全面包覆镍，解决了SiC颗粒低润湿性，难于与金属液复合的问题。

Description

一种SiC颗粒表面包覆镍的方法

发明领域

本发明属于微米粒子表面处理技术领域，具体涉及一种SiC颗粒表面包覆镍的方法。

背景技术

碳化硅颗粒具有密度低、硬度高、弹性模量高、热膨胀系数小、耐磨及耐腐蚀等优异性能，是一种理想的增强材料。若将其与高塑形，良好韧性的金属进行复合，就会得到具有低成本且综合性能良好的复合材料，因此用碳化硅来增强金属性能的方法引起了国内外材料从业者的广泛关注。但碳化硅陶瓷颗粒具有较高的界面能，它与金属机体结合时易发生早期脱落，从而影响其作为硬质相的应用，即要合成SiC复合材料则需解决不同相之间的分散性和界面润湿性问题，这成为制作复合材料的关键所在。研究发现，将某种金属物质涂覆在SiC颗粒表面制成复合粒子，可改善SiC与基体的界面润湿性及化学相容性，复合后的材料具有比强度高、耐磨损、热膨胀系数小、成本低等优异性能且这种先进的复合材料目前广泛应用于航空、航天、汽车、化工、电子等诸多领域。

利用金属盐溶液在还原剂的作用下使金属离子还原成金属，在具有催化表面的镀件上获得金属沉积层的方法称为化学镀。化学镀镍具有非常好的均镀能力，结合力高，工艺简单，成本低廉，能对非导电基体进行金属化处理，而且化学镀镍层具有硬度高、耐磨、耐腐蚀等性能。金属包覆型陶瓷颗粒是指在陶瓷颗粒表面包覆一层异相金属构成的复合陶瓷颗粒，兼有包覆层金属和芯核陶瓷的优良性能，可将金属材料的强韧性、易加工性等特点和陶瓷材料的耐高温、耐磨损和耐腐蚀等性能结合起来。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种SiC颗粒表面包覆镍的方法，不仅解决SiC颗粒低润湿性，难于与金属液复合的问题，而且通过化学镀镍溶液对SiC颗粒实施全面包覆镍。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种SiC颗粒表面包覆镍的方法，包括如下步骤：

1)去油除污处理

对原始SiC颗粒清洗去油除污，然后用去离子水清洗SiC颗粒至中性，过滤烘干后得到预处理过的SiC颗粒；

2)SiC颗粒活化

采用有机镍的醇溶液对预处理过的SiC颗粒进行活化；先配制活化液，乙酸镍四水10-20g/L，硼氢化钠2-6g/L配置其无水乙醇溶液；取洁净的SiC颗粒10-40g/L，加入到配制好的活化液中，并将反应体系置于30-40℃水浴槽中，机械搅拌反应后，得到活化的SiC颗粒；配制活化液具体是将10-20g乙酸镍四水颗粒，2-6g硼氢化钠颗粒置于烧杯中，用无水乙醇溶液做溶剂配置活化液，并定容至1L；然后取预处理后干净的SiC颗粒10-40g，加入到刚配置好的活化液中；

3)施镀

配制化学镀液，配制硫酸镍六水20-40g/L，次亚磷酸钠10-30g/L，柠檬酸30-50g/L，硫酸铵50-70g/L的去离子水溶液，取活化后的SiC颗粒5-10g/L置于配制好的镀液中，将反应体系置于水浴槽中30-40℃恒温水浴，加以机械搅拌，调节溶液pH至8-12，得到施镀后的反应液；配制化学镀液具体是指称取硫酸镍六水20-40g，次亚磷酸钠10-30g，柠檬酸30-50g，硫酸铵50-70g置于烧杯中，用去离子水溶液做溶剂配置化学镀液，定容至1L，然后取活化后的SiC颗粒5-10g置于刚配置好的化学镀液中；

4)后处理

将施镀后的反应液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80-90℃10h以上烘干，得到表面被镍包覆的SiC颗粒。

步骤1)中，所述的去油除污处理是先对原始SiC颗粒依次进行无水乙醇超声清洗5-10min、5％wt的NaOH溶液超声清洗5-10min、10％vol盐酸溶液超声清洗5-10min，过滤后再用去离子水清洗SiC颗粒至中性，置于鼓风干燥箱中烘干，烘箱温度为80-90℃，时间10h以上，直至干结，得到预处理过的SiC颗粒。

步骤1)中，所述的去油除污处理是对原始SiC颗粒直接用丙酮超声清洗5-10min，过滤后再用去离子水清洗SiC颗粒至中性，置于鼓风干燥箱中烘干，烘箱温度为80-90℃，时间10h以上，直至干结，得到预处理过的SiC颗粒。

步骤2)中，所述的机械搅拌的搅拌时间30-60min，转速300-400r/min，在反应过程中滴加5％wt NaOH溶液作稳定剂；反应结束后，将反应液静置、沉淀、过滤后置于烘箱中10h以上烘干，烘箱温度为80-90℃，得到活化的SiC颗粒。

步骤3)中，所述的机械搅拌的搅拌时间为40min-80min，转速300-400r/min。

有益效果：与现有技术相比，本发明的SiC颗粒表面沉积镍的方法，通过无钯激活的方法在SiC颗粒表面预先沉积镍颗粒，并通过化学镀镍溶液对SiC颗粒实施全面包覆镍，解决了SiC颗粒低润湿性，难于与金属液复合的问题。通过在化学镀液中,去掉稳定剂,使其快速反应，在SiC颗粒的表面实现较为粗大的镍颗粒包覆，从扫描结果中我们可以看出。与此同时，EDS扫描结果显示没有P元素的存在，传统的镀镍工艺实现的往往是Ni-P镀层，得到的是较为纯净的镍包覆。

附图说明

图1是实施例1中活化后的SiC颗粒SEM照片；

图2是实施例1中镀后的SiC颗粒SEM照片；

图3随机选取活化后的SiC颗粒的EDS检测结果；

图4是实施例1中为随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果；

图5是实施例2中活化后的SiC颗粒SEM照片；

图6是实施例2中镀后的SiC颗粒SEM照片；

图7是实施例2中为随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果；

图8是实施例3中镀后的SiC颗粒SEM照片；

图9是实施例3中随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果；

图10是实施例4中镀后的SiC颗粒SEM照片；

图11是实施例4中随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

图3中元素从左至右为C、O、Ni、Si、Pt、Ni。图4中元素从左至右为C、Ni、Si、Pt、Ni。图7中元素从左至右为C、O、Ni、Si、Pt、Ni、Pt。图9中元素从左至右为C、O、Ni、Si、Pt、Ni、Pt。图11中元素从左至右为C、O、Ni、Si、Pt、Ni。

实施例1

1)取定量原SiC颗粒，丙酮超声清洗SiC颗粒5min，之后用去离子水清洗至中性，过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干备用；

2)取40g清洁之后的SiC颗粒，置于配方为乙酸镍四水20g，硼氢化钠6g的1L无水乙醇溶液中，反应体系置于30℃恒温水浴，并加机械搅拌300r/min，活化时间30min，反应过程中加入少量NaOH溶液做稳定剂，待反应结束后，静置，沉淀过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干待用；图1是实施例1中活化后的SiC颗粒SEM照片，从活化之后的图片可以看出，SiC颗粒表面成功镀覆少许Ni，但并没有实现在其表面的均匀分布；

3)取10g活化后的SiC颗粒，研磨1min，配置化学镀液1L，配方为硫酸镍六水30g，次亚磷酸钠25g，柠檬酸50g，硫酸铵70g，加去离子水至1L规格；将镀液置于30℃恒温水浴箱中，用NaOH和H₂SO₄溶液调节pH至8.0，将研磨后的SiC加入到镀液中，同时加机械搅拌，转速300r/min，反应时间40min，待反应结束后，将镀液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干，得到镍包覆的SiC颗粒；图2是实施例1中镀后的SiC颗粒SEM照片，镀后的SiC颗粒表面均匀分布有点状镍颗粒，也不能实现其对SiC颗粒的完全包覆，从图2中可以看出颗粒表面有大部分裸露。

对实施例1得到的镍包覆的SiC颗粒随机选取进行能谱检测，图3是活化后的SiC颗粒的EDS检测结果，其中，除C，Si之外，有质量分数为6％的Ni存在，其中Pt为制样过程喷金处理的掺杂。图4为镀后SiC颗粒随机选取的EDS检测结果(能谱结果)，显示含有质量分数为24.81％的镍附着于颗粒表面。

实施例2

1)取定量SiC颗粒，置于无水乙醇中超声清洗5min，过滤之后置于5％wt的NaOH溶液中超声清洗5min，过滤，置于10％vol盐酸溶液中超声清洗5min，过滤，用去离子水清洗至中性，置于鼓风干燥箱中，80℃烘干备用；

2)取20g清洁之后的SiC颗粒，置于配方为乙酸镍四水20g，硼氢化钠6g的1L无水乙醇溶液中，反应体系置于30℃恒温水浴，并加机械搅拌400r/min，活化时间45min，反应过程中加入少量NaOH溶液做稳定剂，待反应结束后，静置，沉淀过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干待用；图5为活化后的SiC颗粒SEM照片，活化之后的SiC颗粒表面附着有点状镍颗粒，且分布较为均匀；

3)取5g活化后的SiC颗粒，研磨1min，配置化学镀液1L，配方为硫酸镍六水26g，次亚磷酸钠20g，柠檬酸44g，硫酸铵66g，加去离子水至1L规格。将镀液置于40℃恒温水浴箱中，用NaOH和H2SO4溶液调节pH至9.0，将研磨后的SiC加入到镀液中，同时加机械搅拌，转速400r/min，反应时间60min，待反应结束后，将镀液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干，得到镍包覆的SiC颗粒。图6是实施例2中镀后的SiC颗粒SEM照片，镀后的样品SEM结果显示，大量镍颗粒成功附着于SiC颗粒的表面，且基本实现了完全包覆。

对实施例2得到的镍包覆的SiC颗粒随机选取进行能谱检测，图7为镀后SiC颗粒随机选取的EDS检测结果(能谱结果)，显示含有质量分数为65.17％的镍附着于颗粒表面，镀覆效果很好。

实施例3

1)取定量SiC颗粒，置于无水乙醇中超声清洗5min，过滤之后置于5％wt的NaOH溶液中超声清洗5min，过滤，置于10％vol盐酸溶液中超声清洗5min，过滤，用去离子水清洗至中性，置于鼓风干燥箱中，90℃烘干备用；

2)取20g清洁之后的SiC颗粒，置于配方为乙酸镍四水10g，硼氢化钠2g的1L无水乙醇溶液中，反应体系置于30℃恒温水浴，并加机械搅拌400r/min，活化时间60min，反应过程中加入少量NaOH溶液做稳定剂，待反应结束后，静置，沉淀过滤，置于鼓风干燥箱中90℃，10h烘干待用；

3)取10g活化后的SiC颗粒，研磨1min，配置化学镀液1L，配方为硫酸镍六水25g，次亚磷酸钠20g，柠檬酸40g，硫酸铵65g，加去离子水至1L规格。将镀液置于40℃恒温水浴箱中，用NaOH和H2SO4溶液调节pH至10.0，将研磨后的SiC加入到镀液中，同时加机械搅拌，转速300r/min，反应时间80min，待反应结束后，将镀液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干，得到镍包覆的SiC颗粒。

图8是实施例3中镀后的SiC颗粒SEM照片；图9是实施例3中随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果；从SEM与EDS结果来看，pH为10时，镀覆效果差，镍颗粒未能在SiC表面均匀分布而呈镍团状分布，裸露比较严重。

实施例4

1)取定量SiC颗粒，置于无水乙醇中超声清洗10min，过滤之后置于5％wt的NaOH溶液中超声清洗10min，过滤，置于10％vol盐酸溶液中超声清洗10min，过滤，用去离子水清洗至中性，置于鼓风干燥箱中，80℃烘干备用；

2)取20g清洁之后的SiC颗粒，置于配方为乙酸镍四水10g，硼氢化钠2g的1L无水乙醇溶液中，反应体系置于30℃恒温水浴，并加机械搅拌300r/min，活化时间45min，反应过程中加入少量NaOH溶液做稳定剂，待反应结束后，静置，沉淀过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干待用；

3)取10g活化后的SiC颗粒，研磨1min，配置化学镀液1L，配方为硫酸镍六水25g，次亚磷酸钠20g，柠檬酸45g，硫酸铵65g，加去离子水至1L规格。将镀液置于40℃恒温水浴箱中，用NaOH和H₂SO₄溶液调节pH至12.0，将研磨后的SiC加入到镀液中，同时加机械搅拌，转速300r/min，反应时间80min，待反应结束后，将镀液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80℃，10h烘干，得到镍包覆的SiC颗粒。

图10是实施例4中镀后的SiC颗粒SEM照片；图11是实施例4中随机选取镀后SiC颗粒的EDS检测结果。实施例4中，pH为12时制备的样品，在实验过程中，反应剧烈，有黑色的絮状Ni生成，从SEM结果来看，Ni的形态发生变化，且分布不均匀，未能完全包覆SiC。随机选区的EDS结果显示，Ni的质量分数也仅有32.32％。

结合实施例1～4分析可知，在pH为8、9、10、12四组实例的测试结果可以看出，当pH等于9时，Ni对SiC颗粒的表面包覆效果最好，其他条件下Ni虽然实现对SiC颗粒表面的部分包覆，但是裸露的SiC表面具有较高的表面能，仍然存在润湿性差缺点，作为强化相不能与基体金属实现很好的界面结合。

Claims (1)

1.一种SiC颗粒表面包覆镍的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)去油除污处理

对原始SiC颗粒清洗去油除污，然后用去离子水清洗SiC颗粒至中性，过滤烘干后得到预处理过的SiC颗粒；

2)SiC颗粒活化

采用有机镍的醇溶液对预处理过的SiC颗粒进行活化；先配制活化液，乙酸镍四水10-20g/L，硼氢化钠2-6g/L配置其无水乙醇溶液；取洁净的SiC颗粒浓度10-40g/L，加入到配制好的活化液中，并将反应体系置于30-40℃水浴槽中，机械搅拌反应后，得到活化的SiC颗粒；

3)施镀

配制化学镀液，配制硫酸镍六水20-40g/L，次亚磷酸钠10-30g/L，柠檬酸30-50g/L，硫酸铵50-70g/L的去离子水溶液，取活化后的SiC颗粒浓度5-10g/L置于配制好的镀液中，调节溶液pH至8-12，将反应体系置于水浴槽中30-40℃恒温水浴，加以机械搅拌，得到施镀后的反应液；

4)后处理

将施镀后的反应液静置沉淀，过滤，置于鼓风干燥箱中80-90℃10h以上烘干，得到表面被镍包覆的SiC颗粒；步骤1)中，所述的去油除污处理是先对原始SiC颗粒依次进行无水乙醇超声清洗5-10min、5％wt的NaOH溶液超声清洗5-10min、10％vol盐酸溶液超声清洗5-10min，过滤后再用去离子水清洗SiC颗粒至中性，置于鼓风干燥箱中烘干，烘箱温度为80-90℃，时间10h以上，直至干结，得到预处理过的SiC颗粒；步骤2)中，所述的机械搅拌的搅拌时间30-60min，转速300-400r/min；反应结束后，将反应液静置、沉淀、过滤后置于烘箱中10h以上烘干，烘箱温度为80-90℃，得到活化的SiC颗粒；步骤3)中，所述的机械搅拌的搅拌时间为40min-80min，转速300-400r/min。