石墨粉电镀法镀覆铜、锌、银工艺研究

论文摘要

石墨/铜（锌、银）复合材料结合了铜（锌、银）优良的导电性、导热性、延展性和石墨的自润滑性、耐高温和耐腐蚀等优异性能,其应用范围越来越广,是当前相关复合材料领域研究的热点。用电镀法在预处理过的微米级鳞片石墨粉上分别镀覆一层铜、锌、银,制备出了性能优良的铜/石墨、锌/石墨和银/石墨复合材料粉末。考察了工艺条件对所制得的成品含铜量、含锌量、含银量及电镀效果的影响,并对所制得的块状复合材料的电阻率、硬度、密度和抗折强度等性能进行了研究。采用含碳量大于98.5wt%的鳞片石墨粉作为主要原料,经除油、粗化、表面活性剂浸泡等过程制得预处理石墨粉。镀液的配制是将主盐、络合剂及添加剂等按一定比例和顺序混合均匀,然后把一定量的预处理石墨粉加入镀液中,经超声振荡、搅拌,得到均匀的分散体系。以预镀金属（铜、锌、银）作为阴极和阳极,通以适当的电流,调整镀液的pH值,隔一定时间进行搅拌,电镀即可进行。成品经洗涤、过滤后,用钝化剂进行钝化处理,然后洗涤并烘干,即可制得表面镀覆一层金属的石墨粉。用扫描电子显微镜（SEM）对石墨/铜（锌、银）的微观形貌进行表征；用X射线衍射仪（XRD）对复合材料粉末850℃灼烧后的剩余物进行分析判断并计算复合粉末中金属含量；用激光粒度分析仪测量预处理石墨粉和复合材料粉末的粒度变化曲线。实验结果表明：在800ml蒸馏水中加入8g CuSO4·5H2O和20ml浓硫酸配制成电镀液,加入5g预处理过的石墨粉,搅拌间隔时间10min,控制电流密度为9A/dm2和电镀时间60min时制得的镀铜石墨粉的含铜量可达70wt%。镀锌过程中,考察了氧化锌、石墨粉加入量和电镀时间等工艺对镀锌石墨粉含锌量及电镀效果的影响。最佳工艺条件为：ZnO浓度为12.5g/L、NaOH浓度为125g/L、石墨粉加入量为8.3g/L、控制电流6A、搅拌间隔时间15min、施镀时间为75min时制备的镀锌石墨粉镀锌率可达78wt%。扫描电镜照片显示锌在镀锌石墨粉制成的复合材料中呈弥散分布,该复合材料的界面为锌/锌界面,界面结合强度较高。而锌与石墨机械混合制得的石墨/锌复合材料,锌在其中基本成孤岛结构,通电时难以形成电流连续的通道。对两种材料的密度、硬度、电阻率和抗折强度进行分析,并与传统的通过机械混合法制得的复合材料进行对比,发现前者具有低的电阻率以及高的密度、硬度、抗弯强度,是一种性能优异的新型石墨/锌复合材料。镀银过程中,主要研究了镀液中硝酸银浓度、石墨粉加入量和阴极电流密度等工艺条件对镀银石墨粉含银量和电镀效果的影响。研究结果表明：当镀液中硝酸银浓度为12g/L,预处理石墨粉加入量为6g/L,丁二酰亚胺做络合剂且用量为28g/L,电流密度控制在0.2-0.5A/dm2,pH值在8.5-10.0之间时,制得含银量超过70wt%的镀银石墨粉。通过电镀法制得的块状复合材料其金属在石墨基体中呈弥散分布,形成了连续的三维网络结构,使其在通电时容易形成电流连续的通道,有效降低了其电阻率。另外,金属与金属之间的结合强度比金属与石墨之间的结合强度大,所以使得块状复合材料的硬度和抗折强度等性能均有所提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 表格索引
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 电镀工业发展概况
• 1.1.2 电镀基本概念
• 1.2 复合电镀
• 1.2.1 复合电镀的历史及研究现况
• 1.2.2 电沉积机理
• 1.2.3 电镀的影响因素
• 1.3 电镀法石墨粉表面镀铜
• 1.3.1 石墨/铜复合材料的历史及研究现状
• 1.3.2 石墨/铜复合材料的制备方法
• 1.3.3 石墨/铜复合材料的应用
• 1.3.4 电镀法镀铜表面活性剂
• 1.3.5 镀铜石墨粉的表面稳定化处理
• 1.4 电镀法石墨粉表面镀锌
• 1.4.1 石墨/锌复合材料的历史及研究现状
• 1.4.2 石墨/锌复合材料的制备方法
• 1.4.3 石墨/锌复合材料的应用
• 1.4.4 电镀液废水处理
• 1.5 电镀法石墨粉表面镀银
• 1.5.1 石墨/银复合材料的历史和研究现状
• 1.6 选题背景及研究内容
• 第2章 实验方法及实验内容
• 2.1 实验主要原料和仪器设备
• 2.1.1 实验主要原料
• 2.1.2 实验主要仪器设备
• 2.1.3 电镀装置简图
• 2.2 试样制备
• 2.2.1 石墨粉预处理
• 2.2.2 电镀液配制
• 2.2.3 电镀工艺流程
• 2.2.4 电镀后样品钝化处理
• 2.2.5 复合材料试样制备
• 2.3 试样性能测试
• 2.3.1 体积密度测定
• 2.3.2 肖氏硬度测定
• 2.3.3 室温体积电阻率测定
• 2.3.4 抗压强度测定
• 2.3.5 X射线衍射（XRD）分析
• 2.3.6 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.3.7 镀铜石墨粉含铜量测定
• 2.3.8 镀锌石墨粉含锌量测定
• 2.3.9 镀银石墨粉含银量测定
• 第3章 石墨粉电镀法镀铜工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 硫酸盐镀铜电极过程
• 3.3 电镀工艺对镀铜石墨粉含铜量的影响
• 3.3.1 搅拌间隔时间对镀铜石墨粉含铜量的影响
• 3.3.2 浓硫酸加入量对镀铜效果的影响
• 3.3.3 石墨粉加入量对镀铜效果的影响
• 3.3.4 表面活性剂浓度对镀铜效果的影响
• 3.3.5 电流密度和电镀时间对镀铜效果的影响
• 3.3.6 最佳工艺配方的确定
• 3.4 石墨粉镀铜前后粒度变化分析
• 3.5 扫描电镜（SEM）分析
• 3.5.1 预处理石墨粉和镀铜石墨粉SEM分析
• 3.5.2 镀铜石墨粉复合材料SEM分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 石墨粉电镀法镀锌工艺研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验原理
• 4.3 电镀工艺对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.1 搅拌间隔时间对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.2 ZnO浓度对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.3 石墨粉加入量对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.4 NaOH浓度对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.5 施镀时间对镀锌石墨粉含锌量的影响
• 4.3.6 施镀电流对镀锌效果的影响
• 4.4 钝化剂钝化效果分析
• 4.5 石墨粉镀锌前后粒度变化分析
• 4.6 扫描电镜（SEM）分析
• 4.6.1 镀锌石墨粉扫描电镜分析
• 4.6.2 石墨/锌复合材料扫描电镜分析
• 4.7 石墨/锌复合材料的物理性能
• 4.8 本章小结
• 第5章 石墨粉电镀法镀银工艺研究
• 5.1 引言
• 5.2 电镀工艺对镀银石墨粉含银量的影响
• 5.2.1 硝酸银浓度对镀银石墨粉含银量的影响
• 5.2.2 石墨粉加入量的影响
• 5.2.3 络合剂的选择和用量对镀银石墨粉含银量的影响
• 5.2.4 阴极电流密度对镀银效果的影响
• 5.3 石墨粉镀银前后粒度变化分析
• 5.4 镀银石墨粉扫描电镜（SEM）分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 本论文主要创新点
• 参考文献
• 致谢
• 附录A:攻读学位期间所发表的论文