碳纤维表面化学镀镍工艺及机理研究

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）卷２０１１年第８期（４２

碳纤维表面化学镀镍工艺及机理研究

高家诚，谭　尊，任富忠

（）重庆大学材料科学与工程学院，重庆４０００４５

摘　要：　研究了碱性条件下碳纤维表面化学镀镍工艺及机理。结果表明随着施镀温度的升高，Ｈ值的增ｐ大，络合剂含量的减少，金属镍的沉积速率越大，但是

碳纤维表面化学镀镍过程有明显的镀液稳定性越差；

诱导期、加速期、减速期和稳定期４个阶段，并且当沉温度过高、镀层出现胞状沉积时间过长、Ｈ值越大时，ｐ

ａ

积结构。实验条件下，反应速率方程Ｖ＝Ｋ［ＯＨ－］

ｂ２＋ｃ－ｄ

［／中的ＮａＮｉＨ２ＰＯｅｘ－ＥａＲＴ）　］［ｐ（２］６Ｈ５Ｏ７］［

＊

，／置成的敏化液浸泡１水洗１遍；再用０．５ｍｉｎ２５Ｌ的ｇ

／，ＰｄＣｌ．５ｍＬＬ的盐酸配置成活化液浸泡１５ｍｉｎ２与２水洗１遍，备用。

／通过正交实验确定了最佳工艺为硫酸镍３０Ｌ、ｇ／／／次亚磷酸钠２氯化铵２柠檬酸钠２镀０Ｌ、０Ｌ、５Ｌ、ｇｇｇ镀液温度６施镀时间２液ｐＨ为８．０、５℃、ｍｉｎ。为了研

究各工艺参数对化学镀镍层的影响，本文选取了络合

／、镀液ｐ剂ＮａＨ２Ｏ含量（１０～４５Ｌ）Ｈ值ｇ６Ｈ５Ｏ７·２（）、施镀温度（及施镀时间（７．５～９．０６５～８０℃）２０ｓ～

）作为考察对象。采用恒温水浴控制温度，施镀完４ｍｉｎ毕后，放入真空干燥箱中在８０℃烘干４ｈ。将碳纤维视通过施镀前后纤维质量的变化计算镍镀层为圆柱体，厚度。

［［反应级数ａ＝０．的反应级数ＯＨ－］２６５６５，Ｎａ６Ｈ５Ｏ７］

／。表面活化能Ｅａ＝６ｂ＝－０．２３２８７，１．０３４ｋＪｍｏｌ关键词：化学镀镍；动力学　碳纤维；

中图分类号：１５３；ＴＱ３４２　ＴＱ（）文章编号：１００１９７３１２０１１０８１３６００４－－－

文献标识码：Ａ

１　引　言

碳纤维增强镁基复合材料具有高的比强度和比刚度，良好的尺寸稳定性以及热、电传导性能，在诸如卫星天线的桁架结构、航天站的安装板以及航天器的光学测量系统等高精度空间结构材料中显示出巨大的应

１，２］

。但是，用潜能［碳纤维与镁的润湿性不好，在复合过程中易发生金属碳化、渗碳及化学腐蚀，差的界面结

３］

。在碳纤维表面涂覆合直接影响了复合材料的性能［

金属镍，使复合材料界面由金属与非金属的接触转变

为金属与金属之间的接触，可以很好地改善界面结

４］

。各国学者研究了各种材料表面化学镀镍的工合［

艺，但碳纤维表面镀镍的形核过程以及反应动力学仍

３　实验结果及讨论

３．１　镀镍工艺

络合剂在化学镀过程中起着重要的调和作用，，既

２＋

很好地络合了Ｎ防止Ｎ又在适当时ｉｉＯＨ的生成，　，

２＋候释放被络合的Ｎ使金属镍得以顺利沉积。络合ｉ　，

２＋２＋

剂含量越高，被络合的Ｎ自由的Ｎｉｉ　离子越多，　离子相对减少，使金属镍相对少的沉积出来，因此随络合

。剂含量的增加，沉积速率呈明显的减慢趋势（图１）５］

，而当络合剂含量过少时，镀液的稳定性也降低［施镀

过程中镀液容易自分解，产生黑色镍沉淀，镀层亦发

黑

。

本文结合实验结果研究了碳纤维表面镍层在完善中，

形成的动力学。

２　实验材料及方法

实验采用聚丙烯腈基长碳纤维，直径６～８每ｍ，μ次实验取２ｍ长碳纤维。实验中用上海海康电子仪器厂生产的ＦＡ２００４型电子天平称量化学镀前后的碳纤维质量，用日本Ｊｅｏｌ公司生产的ＴＥＳＣＡＮ－Ｗ型扫描电子显微镜观察碳纤维表面形貌。

碳纤维前处理在７利用索氏抽提０℃恒温水浴下，装置，以丙酮为溶剂，抽提４ｈ去除碳纤维表面胶层。去胶后的碳纤维在室温下以浓度为６５％的浓硝酸粗

，化４用蒸馏水洗净至残液接近纯水。每次施镀０ｍｉｎ／／前，先用２０Ｌ的ＳｎＣｌ２Ｈ２Ｏ与４０ｍＬＬ的盐酸配ｇ２·

＊

图１　络合剂含量对沉积速率的影响

Ｆｉ１ＤｅｏｓｉｔｉｏｎｒａｔｅｏｆＮｉＰｃｏａｔｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒａｓａ　　　－　　　　　ｇｐ　

ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｌｅｘｉｎａｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ　　　ｐｇｇ　

只有ｐＨ值到达一定程度才能使　　在碱性条件下，

镍得到还原。而随着ｐ镍的沉积速率也Ｈ值的升高，），增加（图２镀层也越厚。ｐＨ值的升高使得镍的反应活性大大提高，金属镍来不及在碳纤维表面沉积就已

收到初稿日期：收到修改稿日期：通讯作者：高家诚２０１０１１２６２０１１０３２６－－－－

，作者简介：高家诚　（男，重庆人，教授，博士生导师，主要从事复合材料的研究。１９４７－）

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