CN108326292B - 一种金属包覆型复合粉体电镀工艺 - Google Patents

一种金属包覆型复合粉体电镀工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了核壳材料生产工艺技术领域的一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，旨在解决现有工艺沉积速率低，镀层粗糙，不致密，粉体团聚的技术问题；该工艺包括如下步骤：先配制除油剂并对导电粉体除油以及配制镀液；再将配制好的镀液、除油后的导电粉体注入电镀槽外腔；再向电镀槽内腔加入粉末状镀层金属；然后启动循环泵使镀液循环并开启电源电镀；最后滤出粉体，水洗，钝化。本发明可以方便廉价地在导电粉体外包覆一层金属相，形成结合良好的核壳型复合材料，且本发明的工艺具有沉积速率快、镀层平滑、致密的优点。

Description

一种金属包覆型复合粉体电镀工艺
技术领域
本发明涉及核壳材料生产工艺技术领域，具体涉及一种金属包覆型复合粉体电镀工艺。
背景技术
金属包覆型复合粉体是一种新型的多相复合的粉末冶金材料，它品种众多、性能独特，已广泛的用于国防工业、机械制造、化工化学等领域。根据核壳结构的不同，金属包覆型复合粉体大体可以分为三种类型，金属-碳材料、金属一陶瓷、金属-金属材料。
金属包覆型复合粉体的制备方法通常有以下几种:球磨法、浸渍法、溶胶-凝胶法、共沉淀法、化学镀和电镀法等。球磨法方法简单，粉末中金属的含量容易控制，但是较难形成包覆型的复合粉体，尤其是超细粉末，很难混合均匀；溶胶-凝胶法虽然能均匀分散，但从溶液中制得的复合粉体是金属的氧化物，需要在较高的温度下还原，这种工艺既繁琐又容易使颗粒在还原过程中长大，难以制备出细小的粉体；浸渍法和共沉淀法一般只能获得金属含量较低的粉体；化学镀和电镀应用较为广泛，其制备的粉体中金属包覆的均匀性更好，但化学镀前处理工艺复杂，镀液不稳定，镀液成分复杂且制备成本高。电镀与化学镀相比，具有沉积速度更快、镀液稳定性好、成本低廉、对环境更友好、粉体表面金属包覆率高等优点。
但现有电镀装置在制备金属包覆型复合粉体时，普遍存在沉积速率低，镀层粗糙，不致密，粉体团聚等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，以解决现有工艺沉积速率低，镀层粗糙，不致密，粉体团聚的技术问题。
本发明所采用的技术方案为：
设计一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，包括如下步骤：
S1镀前处理：配制除油剂、镀液以及对导电粉体除油；
S2电镀：将步骤S1中配制好的镀液、除油后的导电粉体注入电镀槽外腔；向电镀槽内腔加入粉末状镀层金属，所述电镀槽内腔与电镀槽外腔由透水陶瓷薄膜隔开；然后启动循环泵使镀液在电镀槽外腔与储液槽间循环并开启电源进行电镀；
S3镀后处理：滤出粉体，水洗，钝化。
优选的，步骤S1中所述镀液由0.9-1.3mol/L的硫酸铜或硝酸银或硫酸镍，1-12mmol/L的硫酸，5-30mmol/L冰醋酸，0.2-1.5g/L乳化剂OP-10，15-35g/L的乙醛酸和水配成。
优选的，步骤S1中所述镀液由1.0-1.2mol/L的硫酸铜或硫酸镍，4-8mmol/L的硫酸，19-25mmol/L冰醋酸，0.5-0.8g/L乳化剂OP-10，15-30g/L的乙醛酸和水配成。
优选的，步骤S1中所述镀液由1.0mol/L的硝酸银，5mmol/L的硫酸，5mmol/L冰醋酸，0.2g/L乳化剂OP-10， 15g/L的乙醛酸和水配成。
优选的，步骤S1中所述镀液由1.0mol/L的硫酸镍，1mmol/L的硫酸，8mmol/L冰醋酸，0.5g/L乳化剂OP-10， 25g/L的乙醛酸和水配成。
优选的，步骤S2中所述导电粉体的加载量为10-100g/L；电镀时电流密度为10-30A/ dm2，电镀时间为2-3h。
优选的，步骤S2中所述导电粉体的加载量为50g/L；电镀时电流密度为20 A/ dm2，电镀时间为2.5h。
优选的，当所述镀液中的金属阳离子含量不足时，向内腔补充粉末状镀层金属。
优选的，所述粉末状镀层金属为铜、镍和银中的任意一种。
优选的，所述导电粉体为石墨粉、焦炭粉和金属粉末中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1、本发明可以方便廉价地在可导电粉体（石墨粉、焦炭粉、金属粉末）外包覆一层金属相（铜、镍、银），形成结合良好的核壳型复合材料。
2、本发明以粉末状镀层金属取代阳极棒，有利于镀液中阳离子的补充，尤其是在电镀过程中，当镀液阳离子严重不足时，无需中断电镀、抽出阳极棒以进行更换，只需要向内腔中补入粉末状镀层金属即可，而且由于透水陶瓷薄膜的阻隔，镀层粉末回收方便、不会进入储液槽。
3、本发明在镀液中加入了乙醛酸，通过乙醛酸的还原作用，使得粉体在电镀时能快速的在粉体表面形成金属晶核，有利于金属晶体在粉体表面的快速长大、致密，可以使电沉积速度快、镀层平滑、致密。
附图说明
图1为电镀装置的结构示意图；
图2为电镀槽结构示意图；
图3为本发明的流程图；
1为电镀槽，2为循环泵，3为流量计，4为储液槽，5为电源，6为超声振子，7为粉末铜，11为排液口，12为导电外壳，13为透水陶瓷薄膜，14为进液口，15为外腔，16为内腔，17为补料口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。以下实施例中所涉及的零部件、结构、机构等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。
实施例1：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低粉体与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.1mol/L，硫酸12mmol/L，冰醋酸20mmol/L，乳化剂OP-10 1.5g/L，乙醛酸20g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在50g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至20 A/ dm2，电镀2h。电镀过程中，当看不到内腔的铜粉的明显消耗时需要向内腔补入粉末状镀层金属。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，之后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例2：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低粉体与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.2mol/L，硫酸8mmol/L，冰醋酸25mmol/L，乳化剂OP-10 0.8g/L，乙醛酸26g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在10g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至10 A/ dm2，电镀2h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化25min，之后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例3：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低粉体与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.0mol/L，硫酸6mmol/L，冰醋酸19mmol/L，乳化剂OP-10 0.7g/L，乙醛酸30g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在100g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至30 A/ dm2，电镀3h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，之后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例4：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低粉体与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.3mol/L，硫酸8mmol/L，冰醋酸19mmol/L，乳化剂OP-10 0.5g/L，乙醛酸15g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在30g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至15 A/ dm2，电镀2h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化25min，之后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例5：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低粉体与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜0.9mol/L，硫酸5mmol/L，冰醋酸20mmol/L，乳化剂OP-10 0.6g/L，乙醛酸35g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在70g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至25 A/ dm2，电镀3h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化25min，之后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例6：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包焦炭粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g焦炭粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低焦炭粉与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.1mol/L，硫酸4mmol/L，冰醋酸30mmol/L，乳化剂OP-10 1g/L，乙醛酸30g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的焦炭粉加入到电镀槽外腔内，其中焦炭粉的装载量在80g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至20 A/ dm2，电镀2.5h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，然后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例7：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备铜包金属粉为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g金属粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，之后将金属粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低金属粉与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸铜1.2mol/L，硫酸3mmol/L，冰醋酸10mmol/L，乳化剂OP-10 0.2g/L，乙醛酸15g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的金属粉加入到电镀槽外腔内，其中金属粉的装载量在50g/L，将铜粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至20 A/ dm2，电镀2.5h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，然后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例8：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备镍包焦炭粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g焦炭粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低焦炭粉与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硫酸镍1.0mol/L，硫酸1mmol/L，冰醋酸8mmol/L，乳化剂OP-10 0.5g/L，乙醛酸25g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的焦炭粉加入到电镀槽外腔内，其中焦炭粉的装载量在100g/L，将镍粉加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至20 A/ dm2，电镀2.5h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，然后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例9：一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，本实施例以制备银包石墨粉体为例进行说明，如图3所示，具体操作步骤如下：
镀前处理：
除油：配制含有150g/L的氢氧化钠，30g/L碳酸钠，35g/L磷酸钠和水的除油剂，再将100g石墨粉加入到除油剂中在60℃的温度下搅拌30min，然后将石墨粉过滤出来，用去离子水洗涤干净，烘干备用。
除油可以降低石墨粉与镀液接触时的表面张力。
配制镀液：各物质按照以下含量配制成镀液：硝酸银1.0mol/L，冰醋酸5mmol/L，乳化剂OP-10 0.2g/L，乙醛酸15g/L。
电镀：
将配制好的镀液和除油后的石墨粉加入到电镀槽外腔内，其中石墨粉的装载量在100g/L，将粉末状镀层金属加到电镀槽内腔，然后启动外置循环泵，调节流量计使镀液在电镀槽和储液槽间循环。
启动超声振子，开启直流电源，将电流密度调至20 A/ dm2，电镀2.5h。
镀后处理：
电镀结束后，将包覆了金属的粉末取出，用去离子水洗涤干净，加入到苯并三氮唑溶液中钝化30min，然后将钝化后的粉末抽滤，洗涤干净在60℃温度下烘干即可。
实施例1-9实施时所使用的一种电镀装置，如图1-图2所示，包括循环泵2、储液槽4、电镀槽1以及流量计3，电镀槽1外部设有导电外壳12（不锈钢材质）、内部设有透水陶瓷薄膜13以使电镀槽1内部形成内腔16和外腔15，电镀槽1上部呈圆柱型且设有排液口11、下部呈圆锥型且设有进液口14以用于镀液的进入与排出，排液口11与储液槽4顶部相连通，进液口14、流量计3、循环泵2和储液槽4底部依次由管道连通；电镀槽1的顶部还设有用于向内腔16补入粉末铜7的补料口17。
该装置还包括电源5（直流电源），电源5的负极连接端与导电外壳12电连接、正极连接端伸入内腔16以使镀液、导电外壳12和电源5构成一回路，电镀时导电外壳12作为阴极以还原金属阳离子、内腔16的粉末铜7作为阳极以析出金属阳离子。
导电外壳12上对称设有两对超声振子6，通过超声振子使粘附在阴极表面的导电粉体颗粒重新回到镀液，防止镀层金属在导电粉体表面的过度沉积，使镀层致密、均匀。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种金属包覆型复合粉体电镀工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1镀前处理：配制除油剂、镀液以及对导电粉体除油；
S2电镀：将步骤S1中配制好的镀液、除油后的导电粉体注入电镀槽外腔；向电镀槽内腔加入粉末状镀层金属，所述电镀槽内腔与电镀槽外腔由透水陶瓷薄膜隔开；然后启动循环泵使镀液在电镀槽外腔与储液槽间循环并开启电源进行电镀；
S3镀后处理：滤出粉体，水洗，钝化。
2.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S1中所述镀液由0.9-1.3mol/L的硫酸铜或硝酸银或硫酸镍，1-12mmol/L的硫酸，5-30mmol/L冰醋酸，0.2-1.5g/L乳化剂OP-10，15-35g/L的乙醛酸和水配成。
3.根据权利要求2所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S1中所述镀液由1.0-1.2mol/L的硫酸铜或硫酸镍，4-8mmol/L的硫酸，19-25mmol/L冰醋酸，0.5-0.8g/L乳化剂OP-10，15-30g/L的乙醛酸和水配成。
4.根据权利要求2所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S1中所述镀液由1.0mol/L的硝酸银，5mmol/L的硫酸，5mmol/L冰醋酸，0.2g/L乳化剂OP-10， 15g/L的乙醛酸和水配成。
5.根据权利要求2所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S1中所述镀液由1.0mol/L的硫酸镍，1mmol/L的硫酸，8mmol/L冰醋酸，0.5g/L乳化剂OP-10， 25g/L的乙醛酸和水配成。
6.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S2中所述导电粉体的加载量为10-100g/L；电镀时电流密度为10-30 A/ dm2，电镀时间为2-3h。
7.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于：步骤S2中所述导电粉体的加载量为50g/L；电镀时电流密度为20 A/ dm2，电镀时间为2.5h。
8.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于：当所述镀液中的金属阳离子含量不足时，向所述内腔补充粉末状镀层金属。
9.根据权利要求8所述的电镀工艺，其特征在于：所述粉末状镀层金属为铜、镍和银中的任意一种。
10.根据权利要求1所述的电镀工艺，其特征在于：所述导电粉体为石墨粉、焦炭粉和金属粉末中的任意一种。
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