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摘要： 分别采用PdCl2活化法、氧化-酸浸活化法及NaCl活化法对碳化硼进行表面活化处理，着重研究活化方法对镀层形貌的影响。在电子显微镜下观察发现PdCl2活化法、氧化-酸浸活化法处理碳化硼颗粒表面能够获得形貌较好且厚度均匀的镍沉积层，前者速度快后者慢。NaCl活化法处理的B4C不能形成理想的镀层。研究表明：催化活性，Pd2+>F->Cl-。
關键词： 碳化硼；活化；化学镀
中图分类号：TQ153.1 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520035－02
1 研究目的
1.1 课题的目的、意义
化学镀是在没有外加电流的情况下，直接利用还原剂在试件表面发生催化还原反应沉积出金属镀层的方法，是一种无外电源的化学沉积过程。化学镀能够在非金属以及半导体上进行，不仅具有普通涂层的优异特性，而且兼有分散相微粒的特性[1]。随着新材料的不断产生，大量的非金属材料表面需要进行金属化处理[2]。金属与碳化硼两相性质不同，因此对B4C进行表面活化尤为重要。传统的PdCl2活化成本高昂，如果找到更为低廉的活化方法就能节约成本创造效益。
1.2 主要研究内容
化学镀前活化的目的是在经过表面预处理的基体上吸附一定量的活性中心以便诱发随后的化学镀。不同活化方法处理的碳化硼经过化学镀之后用扫描电镜对B4C镀层形貌进行观察，找到合理的表面活化方法。
2 实验方法
2.1 镀前处理
在室温下，将清洗干净的B4C放到浓NaOH溶液中浸泡10分钟进行表面粗化处理，粗化后用大量蒸馏水清洗。
将表面粗化过的B4C放入酸性SnCl2（SnCl210g/L，HCl 20ml/L）中敏化10分钟。为避免Sn2+被氧化，敏化后把粉末直接放入酸性PdCl2（PdCl2 0.5g/L，HCI 10m/L）中活化10分钟。用大量蒸馏水清洗后干燥。
作者还尝试用两种新的活化方法处理B4C。
方法一：表面粗化处理过的B4C粉末在大气环境下500℃保温1h，后将B4C放入自配亲水性溶液（HF 10%+HCl 10%）中，同时用超声波振荡20min，蒸馏水冲洗后烘干。
方法二：将表面粗化过的B4C粒子浸泡在NaCl饱和溶液中10-20分钟，用筛网滤出B4C粒子，烘干备用。
2.2 施镀过程
将200ml配制好的镀液倒入400ml的烧杯中，将烧杯放入恒温水浴锅中一同加热，待离最终温度2℃时，将B4C颗粒2g分别加入镀液中施镀，同时不断搅拌。并开始计时，每隔5min取一次样。
2.3 分析测试方法
1）观察B4C的颜色变化、有无团聚现象、施镀前后体积变化等，初步评价镀层的厚度和工艺状况。
2）扫描电镜下观察不同时刻取的试样表面的状况，观察镀层的形核及核张大过程。评价镀层的表面状况，如有无起瘤、起皮、起泡、脱落、漏镀等不良形态。
3）能谱分析镀层的化学成分，得知其组成和具体的含量，用以评价镀层质量。
3 实验结果
3.1 PdCl2活化法碳化硼镀层形貌观察
PdCl2活化法的化学镀反应非常快，几乎在B4C放入镀液的同时溶液就开始剧烈的翻花同时放出大量气泡。从扫描电镜图象来看，5分钟时就已经全部镀上了镍，图1可以明显看出镍镀层表面非常均匀、光亮，有微小而分散的突起。
10分钟时是反应的最剧烈的时候，镍大量沉积，反应太快使颗粒有团聚现象而且有镍呈长片状析出。但B4C表面已经完全镀上了一层镍。整个反应在25分钟左右结束。
3.2 氧化+酸洗法碳化硼颗粒镀层形貌观察
氧化+酸洗法活化的B4C化学镀反应的孕育期相当长，15分钟左右才有极小的气泡出现，从SEM图2背散图上看出棱角处镍沉积的多一点，对比25分钟时的SEM图3看出镍从B4C棱角处开始沉积的镍那里扩展张大。但是镀镍速度在35℃时比PdCl2活化的慢很多。
35分钟时，B4C表面已经基本镀上了一层镍，从SEM高倍放大图片上发现析出的镍呈细小的颗粒状。颗粒先分散的在B4C表面析出，随着时间的延长，颗粒越来越密集。活化工艺不好的表面，颗粒会稀疏一些。
氧化+酸洗法活化的B4C在45分钟时，可以看出B4C的表面，镍层形貌很好，均匀、平整、没有缺陷，有一些分散的包状突起，应该是后续反应的沉积点。
最后的B4C用EDAX FALCON60能谱分析仪分析镀层的化学成分（见表1）。发现氧化+酸洗法活化的B4C成分为镍占镀层重量比的98.16％，磷占重量比的1.84％。含磷量属于低磷镀层。
3.3 NaCl活化法碳化硼颗粒镀层形貌观察
NaCl活化法处理的B4C在35℃下很难反应，甚至不能反应。当温度升高到60℃时才能反应，而且25分钟左右才开始有气泡产生，反应缓慢进行，120分钟后基本镀完。但SEM观察看出镀层比较粗糙，表面有很多较大的突起。
4 结论
B4C化学镀镍所获得的镀覆层的成分主要为Ni-P合金；镀覆层为明显的胞状组织，一般有少量的孔隙和瘤状物存在；也存在粒子间由于合金生长引起的搭接。
PdCl2活化法的化学镀反应非常快，镀层均匀、光亮，有微小而分散的突起。
氧化+酸洗法活化的B4C化学镀反应速度慢，镀层形貌很好，均匀、平整、没有缺陷，是低磷镀层。
NaCl活化法处理的B4C在60℃高温时才能反应，而且镀层比较粗糙，不能形成均匀、平整的镀层。
PdCl2活化法能沉积有催化活性的Pd2+离子，氧化+酸洗法沉积了F-离子，NaCl法沉积Cl-离子。从反应情况来看，催化活性：Pd2+>F->Cl-。
参考文献：
[1]何志亮、邢建东、高义民，陶瓷颗粒表面的化学镀镍，西安交通大学机械工程学院学报，2003.
[2]张国定，金属基复合材料界面问题[J].材料研究学报，1997，11
（6）：649-57.
作者简介：
齐春雨（1981-），男，河北三河人，学历：本科，专业：材料成型及控制工程，职称：助理工程师，工作单位：三河市正皇特种设备制造有限公司；郭娜（1982-），女，河北保定人，学历：本科，专业：金属材料工程，职称：助理工程师，工作单位：珈伟光伏材料（三河）有限公司。
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關键词： 碳化硼；活化；化学镀
中图分类号：TQ153.1 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0520035－02
1 研究目的
1.1 课题的目的、意义
化学镀是在没有外加电流的情况下，直接利用还原剂在试件表面发生催化还原反应沉积出金属镀层的方法，是一种无外电源的化学沉积过程。化学镀能够在非金属以及半导体上进行，不仅具有普通涂层的优异特性，而且兼有分散相微粒的特性[1]。随着新材料的不断产生，大量的非金属材料表面需要进行金属化处理[2]。金属与碳化硼两相性质不同，因此对B4C进行表面活化尤为重要。传统的PdCl2活化成本高昂，如果找到更为低廉的活化方法就能节约成本创造效益。
1.2 主要研究内容
化学镀前活化的目的是在经过表面预处理的基体上吸附一定量的活性中心以便诱发随后的化学镀。不同活化方法处理的碳化硼经过化学镀之后用扫描电镜对B4C镀层形貌进行观察，找到合理的表面活化方法。
2 实验方法
2.1 镀前处理
在室温下，将清洗干净的B4C放到浓NaOH溶液中浸泡10分钟进行表面粗化处理，粗化后用大量蒸馏水清洗。
将表面粗化过的B4C放入酸性SnCl2（SnCl210g/L，HCl 20ml/L）中敏化10分钟。为避免Sn2+被氧化，敏化后把粉末直接放入酸性PdCl2（PdCl2 0.5g/L，HCI 10m/L）中活化10分钟。用大量蒸馏水清洗后干燥。
作者还尝试用两种新的活化方法处理B4C。
方法一：表面粗化处理过的B4C粉末在大气环境下500℃保温1h，后将B4C放入自配亲水性溶液（HF 10%+HCl 10%）中，同时用超声波振荡20min，蒸馏水冲洗后烘干。
方法二：将表面粗化过的B4C粒子浸泡在NaCl饱和溶液中10-20分钟，用筛网滤出B4C粒子，烘干备用。
2.2 施镀过程
将200ml配制好的镀液倒入400ml的烧杯中，将烧杯放入恒温水浴锅中一同加热，待离最终温度2℃时，将B4C颗粒2g分别加入镀液中施镀，同时不断搅拌。并开始计时，每隔5min取一次样。
2.3 分析测试方法
1）观察B4C的颜色变化、有无团聚现象、施镀前后体积变化等，初步评价镀层的厚度和工艺状况。
2）扫描电镜下观察不同时刻取的试样表面的状况，观察镀层的形核及核张大过程。评价镀层的表面状况，如有无起瘤、起皮、起泡、脱落、漏镀等不良形态。
3）能谱分析镀层的化学成分，得知其组成和具体的含量，用以评价镀层质量。
3 实验结果
3.1 PdCl2活化法碳化硼镀层形貌观察
PdCl2活化法的化学镀反应非常快，几乎在B4C放入镀液的同时溶液就开始剧烈的翻花同时放出大量气泡。从扫描电镜图象来看，5分钟时就已经全部镀上了镍，图1可以明显看出镍镀层表面非常均匀、光亮，有微小而分散的突起。
10分钟时是反应的最剧烈的时候，镍大量沉积，反应太快使颗粒有团聚现象而且有镍呈长片状析出。但B4C表面已经完全镀上了一层镍。整个反应在25分钟左右结束。
3.2 氧化+酸洗法碳化硼颗粒镀层形貌观察
氧化+酸洗法活化的B4C化学镀反应的孕育期相当长，15分钟左右才有极小的气泡出现，从SEM图2背散图上看出棱角处镍沉积的多一点，对比25分钟时的SEM图3看出镍从B4C棱角处开始沉积的镍那里扩展张大。但是镀镍速度在35℃时比PdCl2活化的慢很多。
35分钟时，B4C表面已经基本镀上了一层镍，从SEM高倍放大图片上发现析出的镍呈细小的颗粒状。颗粒先分散的在B4C表面析出，随着时间的延长，颗粒越来越密集。活化工艺不好的表面，颗粒会稀疏一些。
氧化+酸洗法活化的B4C在45分钟时，可以看出B4C的表面，镍层形貌很好，均匀、平整、没有缺陷，有一些分散的包状突起，应该是后续反应的沉积点。
最后的B4C用EDAX FALCON60能谱分析仪分析镀层的化学成分（见表1）。发现氧化+酸洗法活化的B4C成分为镍占镀层重量比的98.16％，磷占重量比的1.84％。含磷量属于低磷镀层。
3.3 NaCl活化法碳化硼颗粒镀层形貌观察
NaCl活化法处理的B4C在35℃下很难反应，甚至不能反应。当温度升高到60℃时才能反应，而且25分钟左右才开始有气泡产生，反应缓慢进行，120分钟后基本镀完。但SEM观察看出镀层比较粗糙，表面有很多较大的突起。
4 结论
B4C化学镀镍所获得的镀覆层的成分主要为Ni-P合金；镀覆层为明显的胞状组织，一般有少量的孔隙和瘤状物存在；也存在粒子间由于合金生长引起的搭接。
PdCl2活化法的化学镀反应非常快，镀层均匀、光亮，有微小而分散的突起。
氧化+酸洗法活化的B4C化学镀反应速度慢，镀层形貌很好，均匀、平整、没有缺陷，是低磷镀层。
NaCl活化法处理的B4C在60℃高温时才能反应，而且镀层比较粗糙，不能形成均匀、平整的镀层。
PdCl2活化法能沉积有催化活性的Pd2+离子，氧化+酸洗法沉积了F-离子，NaCl法沉积Cl-离子。从反应情况来看，催化活性：Pd2+>F->Cl-。
参考文献：
[1]何志亮、邢建东、高义民，陶瓷颗粒表面的化学镀镍，西安交通大学机械工程学院学报，2003.
[2]张国定，金属基复合材料界面问题[J].材料研究学报，1997，11
（6）：649-57.
作者简介：
齐春雨（1981-），男，河北三河人，学历：本科，专业：材料成型及控制工程，职称：助理工程师，工作单位：三河市正皇特种设备制造有限公司；郭娜（1982-），女，河北保定人，学历：本科，专业：金属材料工程，职称：助理工程师，工作单位：珈伟光伏材料（三河）有限公司。
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