一种W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法与流程

本发明属于材料表面化学处理技术领域，具体涉及一种W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法。

背景技术：

W纤维因其在保证较高强度的同时还能呈现良好的韧性，因而被广泛用作增强体材料，来强化非晶合金、高温复合材料及难熔金属材料。但由于其表面易氧化，在高温下与基体材料难以形成理想的界面结合状态，故需通过表面化学处理，在其表面形成一层具有活化作用的过渡层，以改善W纤维与基体材料的界面结合性能。镍作为一种活化元素，通常被加入钨基合金中来改善其活性，因此在材料表面处理领域被认为是一种潜在的材料表面处理活化层。强化不同的基体材料，对W纤维表面沉积层的形貌也提出了不同的要求。常规沉积要求表面光滑，但某些特殊领域要求沉积层呈现不同的形貌(如颗粒状、胞状、网状等)，为了满足这些需求，需要提出一种简单可行、经济实用的表面处理方法，能够在W纤维表面形成形貌可控的镀镍层。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法，该方法在W纤维表面沉积的镍层形貌可控，能够满足某些特殊领域要求。

本发明所采用的技术方案是，一种W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法，首先将W纤维经过表面清洗和粗化处理，然后放入加有活化镍箔的化学沉积液中进行化学沉积，最后依次用去离子水和酒精清洗后真空干燥，得到表面沉积镍层的W纤维。

本发明的特点还在于，

表面处理是将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于50～100℃皂化反应10～60min除油及去污，然后用去离子水超声震荡30～60min清洗3～5次。

碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加5～20g Na₃PO₄·12H₂O、20～40g Na₂SiO₃、10～20g Na₂CO₃颗粒和1～5g OP-10乳化剂。

粗化处理是将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于30～60℃粗化15～45min，然后用去离子水清洗。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和柠檬酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂和20～40g柠檬酸。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂和1～10g乳酸。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂、CuSO₄和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂、1～10g CuSO₄和10～30g乳酸。

化学沉积是在60～120℃下化学沉积10～60min。

清洗采用去离子水及酒精分别超声震荡30～60min清洗3～5次。

真空干燥是在50～100℃干燥2～8h。

本发明的有益效果是，本发明W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法，通过对W纤维表面清洗、粗化处理，使得W纤维表面粗糙度增加，随后选用CuSO₄作为控制剂，乳酸作为络合剂，活化镍片代替贵金属活化W纤维表面，通过化学沉积法在W纤维表面沉积镍，即得表面形貌可控的镀镍W纤维。化学沉积镍层的W纤维一方面具有形貌可控的优点，其中多孔结构的镍层与W纤维结合良好，无脱落现象，同时有利于W纤维作为增强体时与基体材料之间的界面结合；另一方面，采用活化镍片代替贵金属来活化W纤维，降低了生产成本，同时选用CuSO₄作为控制剂、乳酸作为络合剂，通过成分调控有利于形成各种形貌的镀镍层。因此，表面化学沉积形貌可控镍层的W纤维作为一种增强体，可以满足各类材料强化的需求，从而改善材料的各方面性能。

附图说明

图1是本发明实施例1在W纤维表面化学沉积得到表面光滑镍层的SEM图；

图2是本发明实施例2在W纤维表面化学沉积得到胞状镍颗粒的SEM图；

图3是本发明实施例3在W纤维表面化学沉积得到多孔结构镍层的SEM图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明W纤维表面化学沉积形貌可控镍层的方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于50～100℃皂化反应10～60min除油及去污，然后用去离子水超声震荡30～60min清洗3～5次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加5～20g Na₃PO₄·12H₂O、20～40g Na₂SiO₃、10～20g Na₂CO₃颗粒和1～5g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于30～60℃粗化15～45min，然后用去离子水清洗；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在60～120℃下化学沉积10～60min，采用去离子水及酒精分别超声震荡30～60min清洗3～5次后在50～100℃真空干燥2～8h，得到表面沉积镍层的W纤维。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和柠檬酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂和20～40g柠檬酸，沉积得到表面平滑的镀镍W纤维。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂和1～10g乳酸，沉积得到表面呈胞状的镀镍W纤维。

化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂、CuSO₄和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30～60g NiSO₄、30～40g NaH₂PO₂、1～10g CuSO₄和10～30g乳酸，沉积得到表面呈多孔状的镀镍W纤维。

本发明中对W纤维表面清洗、粗化处理，使得W纤维表面粗糙度增加，然后利用化学沉积法在W纤维表面沉积镍层时，有利于镍层与W纤维良好的结合，不易发生脱落现象。

本发明选用CuSO₄作为控制剂，乳酸作为络合剂，通过溶液成分调控，改变Ni²⁺与Cu²⁺还原电位，实现沉积镍层形貌的可控制备，可以满足W纤维作为增强体材料时在各类材料中的应用。

实施例1

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于50℃皂化反应30min除油及去污，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加10g Na₃PO₄·12H₂O、30g Na₂SiO₃、15g Na₂CO₃颗粒和2g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于30℃粗化15min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在60℃下化学沉积10min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和柠檬酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30g NiSO₄、35g NaH₂PO₂和30g柠檬酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡30min清洗3次后在50℃真空干燥2h，得到表面平滑的镀镍W纤维。

实施例2

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于50℃皂化反应30min除油及去污，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加10g Na₃PO₄·12H₂O、30g Na₂SiO₃、15g Na₂CO₃颗粒和2g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于30℃粗化15min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在60℃下化学沉积60min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加30g NiSO₄、35g NaH₂PO₂和10g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡30min清洗3次后在50℃真空干燥2h，得到表面呈胞状的镀镍W纤维。

实施例3

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于70℃皂化反应30min除油及去污，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加10g Na₃PO₄·12H₂O、30g Na₂SiO₃、15g Na₂CO₃颗粒和2g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于30℃粗化15min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在90℃下化学沉积40min，化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂、CuSO₄和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加37g NiSO₄、35g NaH₂PO₂、1g CuSO₄和20g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡30min清洗3次后在50℃真空干燥2h，得到表面呈多孔状的镀镍W纤维。

图1～3分别为本发明实施例1～3在W纤维表面化学沉积得到不同形貌镍层的SEM图。可以看到，相对于传统化学沉积镍层，本发明化学沉积法得到W纤维表面镍层形貌可控。通过添加不同络合剂或控制剂以及调整化学沉积液中各组分浓度，可以实现沉积镍层形貌的可控制备，这种形貌可控的镍层有利于W纤维作为增强体时表面活性的提高以及增强不同材料时的特殊需求。

实施例4

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于80℃皂化反应60min除油及去污，然后用去离子水超声震荡45min清洗5次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加20g Na₃PO₄·12H₂O、40g Na₂SiO₃、10g Na₂CO₃颗粒和5g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于60℃粗化30min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在90℃下化学沉积30min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和柠檬酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加60g NiSO₄、30g NaH₂PO₂和20g柠檬酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡60min清洗4次后在100℃真空干燥5h，得到表面平滑的镀镍W纤维。

实施例5

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于100℃皂化反应10min除油及去污，然后用去离子水超声震荡60min清洗4次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加5g Na₃PO₄·12H₂O、20g Na₂SiO₃、20g Na₂CO₃颗粒和1g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于45℃粗化45min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在120℃下化学沉积60min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和柠檬酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加45g NiSO₄、40g NaH₂PO₂和40g柠檬酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡45min清洗5次后在75℃真空干燥8h，得到表面平滑的镀镍W纤维。

实施例6

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于60℃皂化反应50min除油及去污，然后用去离子水超声震荡40min清洗5次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加15g Na₃PO₄·12H₂O、25g Na₂SiO₃、10g Na₂CO₃颗粒和3g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于40℃粗化30min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在80℃下化学沉积40min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加40g NiSO₄、30g NaH₂PO₂和5g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡50min清洗3次后在60℃真空干燥6h，得到表面呈胞状的镀镍W纤维。

实施例7

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于70℃皂化反应20min除油及去污，然后用去离子水超声震荡50min清洗4次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加20g Na₃PO₄·12H₂O、35g Na₂SiO₃、15g Na₂CO₃颗粒和4g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于50℃粗化25min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在100℃下化学沉积20min，其中化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加50g NiSO₄、40g NaH₂PO₂和1g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡40min清洗4次后在90℃真空干燥4h，得到表面呈胞状的镀镍W纤维。

实施例8

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于90℃皂化反应40min除油及去污，然后用去离子水超声震荡40min清洗4次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加15g Na₃PO₄·12H₂O、20g Na₂SiO₃、10g Na₂CO₃颗粒和3g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于35℃粗化20min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在70℃下化学沉积50min，化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂、CuSO₄和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加45g NiSO₄、40g NaH₂PO₂、10g CuSO₄和10g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡35min清洗4次后在80℃真空干燥7h，得到表面呈多孔状的镀镍W纤维。

实施例9

步骤1，W纤维表面清洗

将W纤维在pH值为10～11的碱洗液中于80℃皂化反应60min除油及去污，然后用去离子水超声震荡60min清洗5次；碱洗液由蒸馏水、Na₃PO₄·12H₂O、Na₂SiO₃、Na₂CO₃颗粒和OP-10乳化剂组成，其中1L蒸馏水分别添加20g Na₃PO₄·12H₂O、30g Na₂SiO₃、10g Na₂CO₃颗粒和5g OP-10乳化剂；

步骤2，粗化处理

将表面处理后的W纤维放入浓度40％的HF酸中于60℃粗化15min，然后用去离子水超声震荡30min清洗3次；

步骤3，粗化后的W纤维放入加有活化镍箔的化学沉积液(调节pH值为9～10)中在60℃下化学沉积50min，化学沉积液由蒸馏水、NiSO₄、NaH₂PO₂、CuSO₄和乳酸组成，其中1L蒸馏水中分别添加60g NiSO₄、30g NaH₂PO₂、5g CuSO₄和30g乳酸，采用去离子水及酒精分别超声震荡50min清洗5次后在90℃真空干燥8h，得到表面呈多孔状的镀镍W纤维。