表面镀Ni碳纤维增强Cu基复合材料的制备和表征

为提高碳纤维/铜(Cf/Cu)复合材料中Cf与Cu基体的结合强度,通过电化学法在Cf表面沉积一层约1μm厚的Ni镀层,进而沉积厚约6μm的Cu镀层,将镀覆Ni-Cu复合镀层的短纤维复合丝在800℃、20MPa下利用放电等离子烧结(SPS)制备镀镍碳纤维增强的铜基复合材料(Cf/Cu(Ni)),并与相同烧结工艺下制备的相同碳纤维体积分数的Cf/Cu复合材料进行对比。利用XRD和SEM分别研究了碳纤维表面Ni镀层的物相及表面形貌,用附带EDS的SEM研究了Cf与Ni-Cu复合镀层断面、Cf/Cu(Ni)复合材料表面及断口形貌,采用电子式万能试验机研究了未经修饰的碳纤维、镀Ni碳纤维、镀Cu碳纤维和Cf/Cu(Ni)以及Cf/Cu复合材料的拉伸性能。结果表明,镀Ni碳纤维复合丝的拉伸强度略高于未经修饰的碳纤维,断裂伸长率则略低于未经修饰的碳纤维,拉伸过程中Ni镀层无剥离,这与其表面Ni镀层和Cf的结合强度较高有关。Cf/Cu(Ni)复合材料呈塑性断裂,力学性能明显优于Cf/Cu复合材料,拉伸强度提高20%以上。     

含Fe、Ni的CF/Cu复合材料

用连续电镀法在碳纤维上镀铜后又镀Fe、Ni,制备了镀Cu-Fe、Cu-Ni的双镀层碳纤维。用它们分别制备了CF/Cu-Fe、CF/Cu-Ni复合材料,与V_t相近的CF/Cu复合材料相比,CF/Cu-Fe,CF/Cu-Ni复合材料的电阻率和弯曲强度均有不同程度的提高。通过调整碳纤维的体积分数V_f,复合材料的热膨胀系数可以明显降低。单向复合材料在断裂后,碳纤维没有明显拔出,CF/Cu-Ni复合材料的断口上,基体出现塑性变形,CF/Cu-Fe复合材料断口上的碳纤维表面上分布着不连续的瘤状物。用透射电镜分析了这两种复合材料的界面结构。CF/Cu-Fe复合材料中碳纤维表面上的不连续瘤状物是多晶的Fe₃C相,CF/Cu-Ni复合材料的界面区则是Cu-Ni固溶体相。它们对碳纤维与铜基体的结合分别起着反应型和溶解型的强化作用。     

基于短切碳纤维表面均匀包覆Cu层工艺的C_f/Cu复合材料制备与表征

为制备能够在Cu基体中分散均匀的大体积分数的短碳纤维(C_f)/Cu复合材料,采用电化学法在C_f表面进行了镀Cu处理,用平行Cu片做阴极代替长碳纤维束,得到镀层均匀光洁的镀Cu短C_f。在此基础上,将2V,30min条件下的C_f/Cu复合丝直接采用放电等离子烧结(SPS)制备了46vol%C_f/Cu复合材料(试样1),又用Cu粉与未包覆的C_f直接混合再烧结制备了另一种46vol%C_f/Cu复合材料(试样2)。利用XRD和SEM分别研究了C_f/Cu复合丝和C_f/Cu复合材料的物相成分、表面及断口形貌,对C_f原丝、C_f/Cu复合丝以及用2种方式制备的C_f/Cu复合材料进行了力学性能研究。结果表明:C_f/Cu复合丝拉伸载荷-位移曲线上出现了较大幅度的波动,这与其表面镀Cu层受力时发生不连续断裂有关。试样1组织的均匀性及力学性能均优于试样2。与Cu相比,用2种不同方法制备的C_f/Cu复合材料的抗拉强度低于Cu,但屈服强度比Cu高。     

以双酸配位剂提高碳纤维化学镀Ni-P层的速度

制备碳纤维增强铝基复合材料前需对碳纤维进行化学镀Ni-P处理,目前已有的碳纤维表面化学镀Ni-P工艺镀速较慢。用苹果酸、丁二酸作配位剂,对碳纤维表面化学镀Ni-P。采用扫描电镜、金相显微镜观察了镀层的形貌;采用能谱仪分析了镀层成分;通过镀覆相同时间内镀层的厚度表征镀速,分析了苹果酸、丁二酸单用及共用含量及工艺参数对化学镀Ni-P的影响。结果表明:双酸配位剂的最优用量为8 g/L苹果酸、12 g/L丁二酸,最佳镀覆温度87℃,最佳镀液pH值为4.6~4.8;此工艺下,镀层厚度在5 min即可达到3.92μm,镀速是目前单酸配位剂最快镀速的3倍左右;最优镀层均匀致密、光滑平整,镀层为Ni-P合金,其中P含量为11.4%。     

电镀镍碳纤维增强铝基复合材料

提出一种碳纤维表面电镀镍的方法,通过正交实验优化了电镀镍配方及工艺条件,并研究了镀层的显微组织及镀液的成分、电流密度、电镀时间等工艺条件对沉镍速率和镀层质量的影响,并探讨了沉镍机理.用镀镍碳纤维制备铝基复合材料,观测碳纤维与铝的复合效果.     

化学镀Fe-Mo-W-B合金镀层及其耐蚀特性

采用化学镀技术，以KBH4为还原剂，施加Cu-Al金属偶，在Cu基片上首次制备了Fe－Mo－W－B合金镀层。研究了镀液中不同Na2MoO4·2H2O和KBH4浓度时镀层的沉积速率、镀态时的表面形貌和结构。利用静态浸泡法研究了合金镀层的耐蚀特性。     

碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料的研究

采用电镀Cu碳纤维(Cf)与化学镀Cu的Ti3SiC2粉及Cu粉进行湿混,通过真空热压烧结法制备Cf增强的Cu-Ti3SiC2复合材料.研究了其致密度、电阻率、维氏硬度随Cf,Ti3SiC2含量变化的规律.实验结果表明,Ti3SiC2体积含量为20%,Cf体积含量为8%时,制备的Cf增强Cu-Ti3SiC2复合材料综合性能最好.Cf镀Cu和Ti3SiC2镀Cu改善了它们和Cu的润湿性,从而提高了相互之间的结合强度是复合材料获得良好综合性能的基本原因.     

碳纤维表面化学镀Ag

探索了碳纤维(CF)表面化学镀 Ag 的新方法。CF 对化学镀 Ag 是非催化性的,一般表面活化处理之后,在 CF 上直接镀 Ag 的镀覆效果差,镀层不完整。若先化学镀覆一薄层 Cu,再让 Ag置换 Cu 层,然后施行化学镀 Ag 的方法,则可得到完整的、结合良好的均匀 Ag 镀层。在600—750℃之间热处理后,镀 Ag CF 也不发生降解,其拉伸强度仅有很小的下降。     

涤纶织物无钯活化化学镀铁镍合金工艺

为了节省贵金属,采用无钯活化处理涤纶织物后化学镀铁镍合金,制备的铁镍合金/涤纶织物复合材料兼具金属和纺织品的性能.探讨了镀液中主盐比例、pH值、硼酸浓度对化学镀铁镍合金镀速、镀层成分及表面微观形貌的影响,并利用SEM,EDS,XRD对最优条件下制备的复合材料镀层的表面形貌、成分和相结构进行了表征.结果表明:主盐摩尔比[CNI2+/(CNi2++CFe2+)]对镀层中P含量影响较大,当其小于0.6时,镀层中P含量约为1%;硼酸浓度增大明显有利于镀层中Fe含量的升高;pH>9.5,硼酸浓度大于0.3 mol/,L时,才能获得平整、均匀的镀层;镀层主成分为Ni元素,含量为81.42%,Fe含量为16.99%,P含量仅1.59%;镀层为晶态FeNi3和非晶态FeNi3,Ni3P合金的混晶结构.     

金刚石表面镀钨对铜/金刚石复合材料热导率的影响

利用粉末覆盖烧结法成功在金刚石表面镀覆W,并采用气体压力熔渗法制备Cu/diamond(W)复合材料。研究了不同镀覆温度对镀层微观结构以及复合材料热导率的影响。结果表明,金刚石表面镀钨有效的改善了界面结合,提高了复合材料热导率。镀层厚度随镀覆温度的提高而明显增加,复合材料热导率先增高再降低。当镀覆工艺为1 050℃保温15 min时,镀层厚度为2 000nm,复合材料热导率最高可达到670 W/mK。     

化学镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能

采用化学镀方法对碳纤维进行表面镀镍, 采用SEM、 EDX、 XRD分析了镀镍碳纤维的微观形貌、 镀层成分和镀层结构, 通过电阻测试研究了镀镍碳纤维的导电性。将体积分数为2.5%、 5%、 7.5%、 10%的镀镍碳纤维作为导电填料制备镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料, 并用屏蔽室法测试了不同频段复合材料的屏蔽效能。结果表明: 碳纤维化学镀镍后, 表面形成了一层均匀的复合镀层, 镀层中镍的质量分数高达94%, 镀镍碳纤维的电阻值仅为碳纤维原丝的1/54。镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽能力较碳纤维原丝有所提高。复合材料的屏蔽效能随镀镍碳纤维添加量的增加而升高。在低频频段(kHz频段), 复合材料的屏蔽能力主要决定于材料的本征参数, 不同镀镍碳纤维含量的镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的屏蔽能力相差不大; 在中高频频段(MHz、 GHz频段), 镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料屏蔽效能主要决定于材料的电阻率。     

热处理对掺铜CR-C镀层结构、磨损性能的影响

为了全面了解热处理温度对Cr—C—Cu电镀层性能的影响,分别使用XPS,XRD,MH-5．VM显微硬度仪和SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了不同热处理温度下镀层的形貌、成分、硬度及磨损性能。结果表明：三价铬镀铬液中掺入铜离子更易获得平整均匀的镀层;Cr—C-Cu镀层镀态及其200oC热处理后的主要物相为非晶相,400℃热处理后的主要物相为具有面心立方Cu（fCCCu）晶格的Cr-Cu固溶体合金相,600oC热处理后的Cr—C—Cu镀层中的主要物相转变为具有体心立方Cr（bCCCr）晶格的Cr．Cu固溶体合金相;Cu原子在Cr—C—Cu镀层中以金属键的形式存在;Cr—C-Cu镀层镀态时具有最佳的抗磨损性能,随着热处理温度升高,抗磨损性能呈先降后升的趋势,经400℃热处理后的镀层抗磨性最差;Cr—C—Cu镀层在镀态和经不同温度热处理后的抗磨性能均优于同样条件下的Cr—C镀层。     

化学镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料电磁屏蔽性能

采用化学镀方法对碳纤维进行表面镀镍,采用SEM、EDX、XRD分析了镀镍碳纤维的微观形貌、镀层成分和镀层结构,通过电阻测试研究了镀镍碳纤维的导电性.将体积分数为2.5％、5％、7.5％、10％的镀镍碳纤维作为导电填料制备镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料,并用屏蔽室法测试了不同频段复合材料的屏蔽效能.结果表明:碳纤维化学镀镍后,表面形成了一层均匀的复合镀层,镀层中镍的质量分数高达94％,镀镍碳纤维的电阻值仅为碳纤维原丝的1/54.镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽能力较碳纤维原丝有所提高.复合材料的屏蔽效能随镀镍碳纤维添加量的增加而升高.在低频频段(kHz频段),复合材料的屏蔽能力主要决定于材料的本征参数,不同镀镍碳纤维含量的镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料的屏蔽能力相差不大;在中高频频段(MHz、GHz频段),镀镍碳纤维/环氧树脂复合材料屏蔽效能主要决定于材料的电阻率.     

溅射镀铝碳纤维质量的研究

针对制取C／Al复合材料、C／Al间润湿与结合牢固度问题，以及CVD法涂Al在高温损伤碳纤维等难题，采用磁控溅射镀加溅射离子镀膜方法，在碳纤维表面镀Al膜。系统地研究了碳纤维镀Al的界面变化、组分分布、受热强度变化等内容，讨论C／Al复合材料的复合工艺问题。研究结果表明，磁控溅射法碳纤维镀Al膜表面光洁、均匀、规整、C／Al润湿、结合牢固，无化学反应损伤碳纤维现象。镀铝碳纤维受热后拉伸强度稍有降低，但无化学反应及生成Al4C3的现象。研究结果能给C／Al复合材料的制备创造工艺条件。     

电镀工艺条件对钯铁合金镀层成分的影响

在由FeS04*7H2O、Pd(NH3)2Cl2、磺基水杨酸和(NH4)2SO4组成的镀液中,采用脉冲电沉积方法制备了Pd-Fe合金镀层,并研究了各种电镀工艺条件对钯铁合金镀层成分的影响规律.结果表明:增大Fe2 浓度与增大脉冲电压均使镀层中铁含量增加;在导电盐浓度低于0.1 mol/L时,随着浓度的增加,镀层中铁含量增加;用乙二胺调节溶液pH值所获得的镀层铁含量比用氨水调节要高些;增大镀液pH值、延长脉冲关断时间和延长施镀时间均使镀层中铁含量减少;升高镀液温度,镀层中铁含量先减少后增加,在约60 ℃时有最小值.因此,采用不同的工艺条件,可获得所需Pd/Fe原子比不同的钯铁合金镀层,为制备L10型晶体结构钯铁合金中Fe/Pd原子比为1:1的基本要求提供了重要的参考价值.     

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料

碳纳米管具有超强的力学性能、极高的纵横比和独特的导电特性,是制备复合材料的理想形式。评述了目前碳纳米管复合材料的制备及其应用研究的动态。用化学镀方法制备的镍基碳纳米管复合镀层比传统的复合镀层具有更高的耐磨性能,结构为非晶态。讨论了复合镀制备金属基碳纳米管复合镀层的优越性及应用。用原位聚合法合成了导电聚苯胺-碳纳米管的复合材料,可以作为电池和电化学超级电容器的电极材料。      

含Pd涂镀液润湿性能的调控及对镀层均匀性的影响

溶液涂镀镀层技术中,镀液的润湿性能对镀层纳米粒子在基体上的分布均匀性起着至关重要的作用。本研究在制备了含Pd纳米粒子的镀液基础上,考察了6种表面活性剂,即聚乙烯吡咯烷酮、油酸、油胺、十二硫醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠等对涂镀液的表面张力及在Cu基体上润湿角的影响,并利用扫描电镜对形成的镀层中Pd纳米粒子的分布以及镀液中Pd纳米粒子的含量对镀层的影响进行了表征。实验结果表明,在所研究的六种添加剂中,十二烷基苯磺酸钠可以显著降低含Pd镀液的表面张力和在Cu基体上的接触角,在其添加量为560 mg/L和镀液含Pd量为60 mg/L时,可在基体表面形成均匀分布的Pd镀层。     

基于化学镀银法制备尼龙6/银复合材料

为增加尼龙基体和银镀层之间的界面结合力,将机械打磨引入到传统的化学镀工艺中,并利用无毒、环保的葡萄糖溶液作为施镀过程中的还原剂,代替传统化学镀中常用的甲醛溶液,快速制备了尼龙6/银复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分别对尼龙6/银复合材料的物相及显微形貌进行了表征;并研究了化学镀工艺对施镀过程的影响,着重研究了施镀温度、施镀时间、硝酸银溶液(主盐)浓度及葡萄糖溶液(还原剂)浓度对银镀层厚度的影响。结果表明,银镀层的厚度随着硝酸银浓度、葡萄糖浓度、施镀时间、施镀温度的升高整体呈先增大后减小的趋势。过高的施镀温度、硝酸银浓度及葡萄糖浓度会使镀液中的还原反应速率过快,不利于银粒子在尼龙6基材上的沉积,从而引起银镀层厚度的下降;过长的施镀时间会使银镀层表面出现很多划痕,从而导致银镀层质量的下降。通过优化施镀工艺参数,得到银镀层厚度可控的尼龙6/银复合材料。     

水曲柳单板化学镀Ni-Cu-P制备木质电磁屏蔽复合材料

以水曲柳单板为基材,利用NaBH4处理后直接化学镀Ni-Cu-P三元合金制备木质电磁屏蔽复合材料。研究了NaBH4浓度、浸渍时间和施镀时间对金属沉积量和表面电阻率的影响。分别用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的表面形貌和组织结构,用低电阻测定仪和频谱仪测定了复合材料的表面电阻率和电磁屏蔽效能,用直拉法测定了镀层附着强度。结果表明,利用3g/L的NaBH4溶液,前处理8min,施镀时间25min,此条件制备的复合材料的金属沉积量为113g/m2,表面电阻率为318mΩ/cm2。SEM观察发现镀层均匀、连续和致密,镀后木材单板具有显著的金属光泽。XRD分析表明镀层为微晶结构,且镀层与木材结合牢固。在频率为9kHz~1.5GHz范围内,施镀单板的电磁屏蔽效能在55~60dB范围内。     

热浸镀铝时间对镀层生长的影响

利用溶剂法制备了热浸镀铝试样,借助扫描电镜观察了其微观形态,其镀层扩散层主要由Fe2Al5相构成。分析了750℃时不同浸镀时间下热浸镀扩散层的厚度,利用菲克第二定律对热浸镀扩散层的生长规律进行了理论分析,结合实验数据分析得知在浸镀时间延长时,镀层中Fe2Al5相会有横向生长,使得扩散层厚度与时间的平方根呈现速率下降的抛物线规律。