金刚石化学镀Cu_Ni_P工艺的研究

[ 3 ] 谢 华 ,钱匡武 ,陈文哲. N i 2P 2金刚石化学复合镀 的抗氧化性能 [ J ]. 福州大学学报 , 2002 , 30 ( 3 ) : 335～338.
[ 4 ] 姜晓霞 ,沈 伟. 化学镀理论及实践 [M ]. 北京 : 国 防工业出版社 , 2000.
[ 5 ] 崔振铎 ,杨贤金 ,王 慧 ,等. 化学镀 Cu 2N i 2P工艺 [ J ]. 材料保护 , 1998, 31 (1) : 15～17.
金刚石化学镀 Cu 2N i2P工艺的研究
袁定胜 , 刘应亮 , 李 颖 (暨南大学化学系 , 广东 广州 510632)
[摘 要 ] 为获得高耐磨 、抗蚀 、有良好导电性能的化学镀合金层 ,对化学镀 N i2Cu 2P工艺进行 了研究 ,选择的基础配方和工艺条件为 : 65～95 mg /L硫酸铜 , 15～40 g /L 硫酸镍 , 15～30 g /L 次磷酸 钠 , 5～20 g /L 柠檬酸钠 , 15～30 g /L 氯化铵 , 12～35 mg /L 硝酸钾 ; pH 值 4. 5～7. 6,温度 75～95 ℃, 施镀时间 15～35 m in。探讨了镀液组成 、pH值和施镀时间对镀层沉积速度的影响 ,并通过 X射线衍 射分析了镀覆后金刚石的抗氧化性能 。结果表明 ,用本工艺在金刚石上化学镀 Cu 2N i2P层 ,所得镀层 具有较高的耐磨性 ,镀层经高温热处理后 ,金刚石的抗氧化性能得到进一步提高 。
[关键词 ] 化学镀 ; Cu 2N i 2P; 金刚石 ; 抗氧化性能 ; 工艺 [中图分类号 ] TG174. 44 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 1001 - 1560 (2005) 06 - 0033 - 03
0 前 言
化学镀镍磷合金的研究已较深入 ,并因其镀层 具有良 好 的 耐 蚀 性 和 耐 磨 性 而 得 到 了 广 泛 的 应 用 [ 1～3 ] 。但是随着科学技术的发展 ,对材料性能的 要求越来越高 ,对一些要求高耐磨 、抗蚀及有良好 导电性能的工件的表面处理 ,化学镀镍磷合金已难 以胜任 。在 N i 2P合金镀层中加入铜至较高浓度 时 ,镀层硬度有所降低 ,而韧性得到了改善 ,合金的 热稳定性较普通化学镀 N i 2P合金层好 ,保持非磁 性温度高 ,时间长 。此外 ,当含铜量较高时 ,合金的 导电性能大为改善 ,耐蚀性也非常好 [ 4, 5 ] 。因此 , 研究金刚石化学镀 Cu 2N i 2P合金具有重要的意 义。
金刚石表面化学沉积 Cu 2N i2P合金后的形貌 见图 5a。在 60 m in内将试样从室温升到 700 ℃、 并恒温 10 m in,对镀覆合金的金刚石高温氧化后进 行测试 。通过扫描电镜 ( SEM ) 可以观察到镀镍 2 磷层的金刚石面和角被破坏 ,而镀铜 2镍 2磷层的金 刚石的角和面都未发生热腐蚀 (见图 5b和图 5c) 。 X射线衍射分析化学镀铜 2镍 2磷层在 700 ℃高温 氧化后的物相 (见图 6)可知 ,铜和镍已被氧化成为 CuO 和 N iO ,说明高温下金属层被氧化 ,可以有效 地保护金刚石 ,防止本体被氧化 。在 900 ℃下 ,在 60 m in内从室温升到 900 ℃,恒温 10 m in条件下 , 镀铜 2镍 2磷金刚石的角和面都没有被破坏 ,金刚石 表面的合金层被氧化 ,表明 Cu 2N i2P合金层有效地
(3 ) 活化 : 将 敏化 后的金 刚石 置于 0. 5 g /L PdC l2的 20 mL 活化液中 ,煮沸 3 m in,并充分搅拌 。 用蒸馏水清洗活化后的金刚石 2～3次 。
2 结果与讨论
2. 1 化学镀 N i2Cu 2P机理
化学镀 N i2Cu 2P合金的沉积机理是利用次亚 磷酸盐做还原剂 ,使镍离子和铜离子被还原成镍和 铜原子 ,次亚磷酸盐发生歧化反应析出磷 ,在具有 催化表面的镀件上获得 N i 2Cu 2P合金的沉积层 。 镀速的测定用称重法 。相关化学反应式为 :
3 4
金 刚 石 化 学 镀 Cu 2 N i 2 P 工 艺 的 研 究
保护了金刚石 (见图 5d) 。金刚石上铜 2镍 2磷镀层 在 900 ℃高温氧化后的 X 射线衍射分析表明 ,合 金层氧化为氧化铜和氧化镍 ,可见即便是 900 ℃高 温下 , Cu 2N i2P层也可很好地保护金刚石 。上述分 析表明 ,在相同的温度和升温条件下 , Cu 2N i 2P合 金层的抗氧化能力明显优于镀 N i2P合金层 。
温度 施镀时间
75～95 ℃ 15～35 m in
1. 2 金刚石的预处理
金刚石属于非金属晶体 ,其化学性质非常稳 定 ,要想在其表面通过化学镀获得金属镀层 ,必须 要进行以下预处理 :
(1)清洗 : 将金刚石放入稀 NaOH 溶液中 , 10 m in后用蒸馏水洗 2～3次 。
(2)敏化 :将金刚石浸入含 19 g /L SnC l2的 20 mL敏化液中 ,室温下搅拌 3～5 m in,再用蒸馏水洗 2～3次 。
[ 6 ] 陈震兵 , 陈小立. 涤纶织物化学镀 N i2Cu 2P的反应 动力学方程 [ J ]. 纺织高校基础科学学报 , 2001, 14 (2) : 102～114.
[ 7 ] 商思善. 化学镀铜 2镍复合镀层织物 [ J ]. 产业用纺 织品 , 2002, 20 (143) : 44～45. [编辑 :魏兆军 ]
[参考文献 ]
[ 1 ] Reddy V V N , Ramamoorthy B , Kesavan N P. A study on the resistance of electroless N i 2P / diamond composite coatings[ J ]. W ear, 2000, 239: 111～116.
图 5 包覆合金层金刚石的 SEM 图
本技术相关链接 : 1.《中国表面工程 》, 2004, 17 (6) : 36. 2.《电镀与涂饰 》, 2004, 23 (3) : 6. 3.《表面技术 》, 2004, 33 (1) : 45; 2004, 33 ( 2) :
29.
图 6 金刚石 Cu 2N i2P镀层 700 ℃下氧化的 XRD 曲线
图 2 次亚磷酸钠浓度对镀速的影响
2. 4 pH值对镀速的影响 用 NaOH调节镀液 pH 值 ,并考察了 pH 值对
镀速的影响 ,结果见图 3。由图 3 可知 ,镀层的沉 积速度随 pH值的增加而增大 。这是因为 pH 值增 大 ,镀液中 H +浓度降低 , pH 值越高 ,电位越负 ,还 原剂就越易失去电子被氧化 ,还原能力就越强 。采 用较高 pH值的镀液 ,不但有利于在铜镀层表面上 引镀 ,而且也会加速镍 2合金的沉积速度 [ 7 ] 。但 pH 值过高时 ,金刚石表面易钝化 ,结合力降低 ,引起镀
镍沉积反应 : H2 PO2- +N i2 + + H2 O →N i + H2 PO3- + 2H +
铜沉积反应 : H2 PO2- + Cu2 + + H2 O →Cu + H2 PO3- + 2H +
3 3
金 刚 石 化 学 镀 Cu 2 N i 2 P 工 艺 的 研 究

磷沉积反应 : 3H2 PO2- + 2H + →2P + H2 PO3- + 3H2 O
副反应 : H2 PO2- + H2 O →H2 PO3- + H2 总反应 : Cu2 + +N i2 + + H2 PO2- + H2 O →
Cu 2N i 2P + H2 PO3- + H + + H2
2. 2 硫酸铜浓度对镀速的影响
[N i2 + ] / [ Cu2 + ]的值不同会明显影响到金刚 石的镀速和效果 ,试验结果见图 1。由图 1 可知 , 随硫酸铜浓度增加 ,镀速加快 ,但当硫酸铜浓度超 过 82 mg /L ,即 [N i2 + ] / [ Cu2 + ]的值大于 28时 ,沉 积速度明显下降 ,而且镀液不稳定 ,镍易析出 ,镀速 降低 。
图 4 温度对镀速的影响
2. 6 金刚石上化学镀 Cu 2N i2P层的性能
在玛瑙研钵中研磨包覆 Cu 2N i2P和 N i2P合金 的金刚石发现 ,包覆 N i 2P合金的金刚石角上的镀 层易脱落 ,说明镀层中加入铜后 ,镀层韧性得到了 改善 。Cu 2N i2P合金与金刚石本体结合更牢固 ,更 有利于提高其耐磨性 ,保护了金刚石本体 。
3 结 论
在金刚石表面化学镀 Cu 2N i2P合金层比镀镍 2 磷层具有更好的抗氧化能力 ,在 700 ℃下 ,镀 N i 2P 层的金刚石表面和角已经被破坏 ,而镀 Cu 2N i2P层 的金刚石表面即便温度高达 900 ℃也未出现面和 角破坏的情况 ,说明 Cu 2N i2P层可很好地保护金刚 石 ;在相同条件下镀 Cu 2N i2P层比镀 N i 2P层的高 温抗蚀性能好 。金刚石镀 Cu 2N i 2P层基本解决 了金刚石耐高温性能差 、抗氧化能力弱的问题 ,进 一步改善了金刚石的应用性能 。
3 5
the oxidation kinetics for the Cu 245N i 230Cr alloy is comp lex and its instantaneous parabolic rate constant decreases w ith time. The reduction in the grain size of the alloy led to a de2 crease in the critical concentration at which the m ixed internal oxidation transformed to mono single external oxidation, and it p romoted the formation of Cr2O3 external oxidation scale on the alloy surface as well. Key words: high temperature oxidation; Cu 2Cr 2N i alloy; grain size thinning; nanocrystalline