拉丝模激光打孔机①
为, 熊玉华3 , 杜
顾军, 尉秀英, 秦光荣
(北京有金属研究总院先进电子材料研究所, 北京100088)
摘要: 采用低温碱性化学镀方法制备镍包覆钛复合细粉, 利用X RD , SEM , ED S 和吸气性能测试台对样品的相结构、表面形貌、表面成分和吸气性能进行分析和表征。结果表明: 表面镍层以结晶态包覆于Ti 表面, 镀层均匀, 镀层中的N i 对H2 具有催化解离作用, 促进了T i 的吸氢速率, 在较低温度450 ℃激活时, 镍包覆钛复合细粉的吸氢性能较纯T i 粉有了明显的提高。 关键词: 化学镀镍; 钛粉; 吸气性能
中图分类号: TG14612 文献标识码: A 文章编号:0258 - 7076 (2007) 05 - 0647 - 04
非蒸散型吸气剂 1 ～3 是以金属锆或钛为基体, 添加石墨、钒、铁、钼等元素经过熔炼或烧结得到的
合金或烧结体。非蒸散型吸气剂需要在一定温度下激活方能使用, 随着应用越来越广泛, 传统Z r2C , Z r2Al16 等吸气剂的激活温度较高, 而有些真空器件对激活温度的要求很严格, 这就为低温吸气剂的发展提出新的要求。
吸气剂吸气过程, 主要分为两步: 表面反应和体扩散, 氢通过解离化学吸附在表面并扩散至体内, 其速率控制步骤主要是表面解离吸附。在吸氢过程中由于杂质气体对吸气剂表面的毒化作用, 使得H2 的解离很慢, 遏制了吸气速率, 从而影响了吸氢量。
金属镍在工业上常作为加氢合成的催化剂, 在一定温度下对H2 分子解离具有较好的活性。据文献4 , 5 报道, 在吸气剂表面包覆镍金属层可以达到低温催化吸氢的效果。本文以电真空级球形钛粉为吸气剂基体, 通过化学镀 6 ～10 方法将镍包覆于钛粉末表面, 对钛粉颗粒表面进行催化改性, 并通过多种测试方法分析镀镍钛粉的相结构、表面形貌、表面成分, 并研究镀镍对钛粉的吸氢性镍2水洗2醇洗2干燥, 其中活化过程采用NH4 F 溶液
加温活化工艺, 活化温度为50～60 ℃。活化的主要目的是除去T i 粉表面的氧化物, 并使基体表面形成一层氟化物膜, 提高镀镍速率。
实验中选用了一种稳定性较强, 镀速适中的化学镀液, 镀液成分和温度等条件如表1 所示。
按表1 配臵镀液后, 过滤, 取200 ml 溶液, 缓慢加热到55 ℃后, 将镀液倒入装有经活化的T i 粉的烧杯中, 加速搅拌, 缓慢匀速加入NaOH 溶液阻止溶液的p H值降低, 以保证溶液中的镍沉积速率。镀镍完成后, 将镀液过滤, 用去离子水及无水乙醇各洗3 次, 得到的样品放入烘箱中于50 ℃干燥3 h , 即得Ni 包覆T i 粉末。
2 样品测试
利用X D22 型X 射线衍射仪( X RD) C u Kα射线分析样品的相结构; 利用H ATICHI S24800 型的场发射扫描电镜对样品的表面形貌进行分析( 加速电压为30 kV , 对金属的探测深度为1～2 μm) , 观察表1 化学镀液的组成
T a b le 1 Compo nents o f electro less p lating so lutio n
能3的影响。飞轮壳
1 样品制备
采用喷雾制取的球形T i 粉为基体材料, 粉末 C om ponents N iSO4〃6H2O N aH2PO2 N a3C6H5O7〃H2O NH4SO4 C oncentra tion/
35 30 35 25 (g〃L - 1)
直径150μm , 选择化学镀工艺: Ti 粉活化2化学镀
收稿日期: 2006 - 10 - 31 ; 修订日期: 2007 -01 -26
作者简介: 顾为(1982 - ), 男, 江苏淮安人, 硕士研究生
3 通讯联系人( E2ma il : yuhua xiong @sina . c om)
①
稀 有 金 属
648
31 卷
镀镍后粉体表面的形貌变化 , 并结合能谱仪 对 样 品的表面成分进行分析 , 测试镀层中的含磷量 ; 样 品的吸 气 性 能 在 吸 气 性 能 测 试 台3 上 进 行 测 试 ,
实验中采用定压法测量吸气剂的吸气性能 , 测 试 装臵图如图 1 所示 , 测量原理是根据分子性气流通 过已知流导的毛细管 ( 或小孔) 时 , 在毛细管两端 处气体压强出现差异 , 就可求出吸气速率 。定压法 测量的吸气总量就是吸气剂吸气速率下降到某一 吸气速率的整个期间内 , 吸着的气体总量 。
通常用吸气速率和吸气量来表征吸气剂的吸 气性能 :
tokyo hot n0808吸气速率 S : 指吸气剂表面在一定压强下 , 单 计算表达式如下 :
图 2 Ti 粉 XR D 图像 (1) 镀镍前 (2) 镀镍后
Fig. 2 X 2ray d iffraction patterns of Ti powd er (1) Before electr oless plating ; (2) A fter electr oless plating
S = (1) 以看出 , 在衍射角 (2θ) 为 40～50°之间出现了较为
宽化的结晶峰 。根据 X 射线衍射数据确定该峰为 金属 Ni 的衍射峰 , 这表明表面镀层中 Ni 是以晶态 形式存在的 。
3 . 2 活化工艺对钛粉表面的影响
通过扫描电镜对活化前 Ti 表面的扫描和成分 测试 , 可以看出 T i 颗粒的表面粗糙 , 如图 3 ( a ) 所 示 。由于粉体较细 , 为了避免的强烈腐蚀而 内 所 吸
计算可得 :
( S 1 + S 2 ) 〃( P g 1 + P g2) i
Q = ×Δt Q = 6 Q i (2) 0
式中 : Q 为 吸 气 量 ( Pa 〃ml ) ; F 为 毛 细 管 流 导
(m l 〃s - 1
) ; p m 为充气室压强 ( P a) ; p g1 为吸气室起
始压强 ( P a ) ; 气时间 ( s ) 。
( P a ) ; p g2 为吸气室终了压强 t 为吸 造成粉体的质量损失 , 实验中采用 NH F 溶液直接 4 腐蚀 , 温度在 50～60 ℃之间 。该方法优点是反应 平和 , Ti 粉损失小 , 活化后表面光滑 , 如图 3 ( b ) 所 示 , 时间
控制在 5～8 min 。
3 . 3 镀镍时间对 T i 粉表面形貌及成分的影响
利用扫描电子显微镜对镀镍前后的粉末表面 形貌进行了分析 , 结果如图 4 所示 , 图 4 (a ) 为镀镍
10 min 后 T i 粉表面形貌 ; 图 4 ( b ) 为镀镍 30 min 后 T i 粉表面形貌 ; 图 4 (c ) 为镀镍 50 min 后 T i 粉表面
形貌 。表 2 为采用能谱仪 ( E DS ) 对不同镀镍时间的
T i 粉的表面成分进行半定量分析后得到的组分质
云母带
量百分比 。
由图 4 ( a ) 可以看出 : 经过活化和镀镍 10 min 后 , Ni 层将 T i 粉表面包覆得比较完整 , 没有较大 的空隙 , 结合 E DS 的成分测试 ( 表 2 , 取样区域面
积为 60 μm ×60μm ) , 可以看出此时仍然能够探测 到基体 T i 的存在 。根据扫描电镜探测深度的原理 可
知 , Ni 层厚度小于 2 μm 。由图 4 ( b ) , (c ) 容易看 出 , 随着时间的增加 , 非晶颗粒逐渐长大 , 镀镍后
3 结果与讨论
3 . 1 粉体的相结构
图 2 为球形 T i 粉末镀镍前后 X 射线衍射结果 , 其 中 图 2 ( 1 ) 为 纯 T i 粉 末 X 射 线 衍 射 图 谱 , 图
2 ( 2 ) 为 镀 镍 后 粉 末 X 射 线 衍 射 图 谱 , 由 图2 ( 2 )
图 1 定压法吸气性能测试装臵图
Fig. 1 S chematic plan of test system of s orption proper ty
649
5 期顾为等化学镀镍对Ti 粉吸气性能的影响
图3 活化前后Ti 粉的SEM 照片
Fig. 3 SE M microg rap hs of the su rface o f Ti powd er
(a) Before activ ation ; ( b) A fter activation
图4 不同镀镍时间后Ti 粉末SEM 照片
Fig. 4 SE M microg rap hs of Ti powd er surface und er d ifferent electr oless plating time
(a) Electr oless plating for 10 min ; ( b) Electr oless plating for 30 min ; (c) Electr oless plating for 50 min
镍后可以防止向内表面T i 粉的氧化; 其次, 由于
Ni 对于H2 的分解具有良好的催化作用, 故表面的
镍层能够提高T i 粉的吸氢性能。虽然表面镀层越
厚, 对基体的保护越好, 但同时也增加了H2 分子
通过表面的深度, 减弱了扩散几率, 考虑到镀层厚
度对吸气剂吸气性能的影响, 有必要对具有不同
厚度镀层T i 粉的吸气性能进行测试, 以获得最佳
吸气性能的镀层厚度。
洗洁精技术
图5 (a) 表示镀镍10 min 的Ti 粉与纯Ti 吸氢性
能的对比。可以看出, 纯Ti 粉的吸气性能较差, 经
表面镀镍后, 吸氢性能较纯T i 粉有很大的提高,
主要表现在起始吸气速率较大。Ni 层不但阻止杂
质气体对吸气剂表面的毒化, 还能对表面化学吸
褥疮防治床垫附起到积极的催化作用, 这些与Y oung 等 4 的实
验
结论相符合。
对比图5 (a) 与( b) 可以发现, 镀镍时间不同的
T i 粉随时间对氢气吸收的趋势是一致的, 但是表表2 经过不同时间镀镍的T i 粉的表面成分( %, 质量分数)
T a b le 2 Composition of the sur face of T i po w der with differ2
ent E P times( %, mass fraction)
C omposition 10 min 30 min 50 min
Ti
N i
P
6. 25
89. 88
3. 87
1. 10
93. 86
5. 04
94. 4
5. 6
的表面Ni 层也更加致密, 无孔洞, 能够对吸气基
体T i 的表面起到保护和防氧化作用, 对于镀镍30
min 后的样品, 在粉体表面探测到的T i 的含量为
1 %左右。这是因为镀层的增厚, 探测到基体T i 的
含量也随之减少。由表2 可以看出, 镀层杂质P 含
量很低, 质量百分数最高不超过6 % , 体现了低温
碱性化学镀方法的优点。
3 .
4 镀层厚度对吸氢性能的影响
镀镍层在吸气基体表面能起到两点作用: 首
先, NiO 的生成焓为- 240 . 6 kJ 〃m ol - 1 , T iO2 的生成
焓为- 944 k J 〃m ol - 1 , Ni 较Ti 更不易氧化, 表面镀
稀 有 金 属
650
31 卷
图 5 纯 Ti 粉末及镀镍后 (Ni/ Ti ) 粉末吸氢性能曲线
Fig. 5 Hydrog en sorption characteristics of Ti powd er w ith Ni plating und er d ifferent electr oless plating time
吸气动力学模型 J .
稀有金属 , 2003 , 27 (5) : 589 .
景怀宇 , 秦光荣 , 康志君 , 尉秀英. 高能球磨法制备吸气材 料用超细锆粉 J . 粉末冶金技术 , 2002 , 20 (2) : 94 .
尉秀英 , 秦光荣. 宽程激活温度室温吸气剂吸气性能研究 J . 稀有金属 , 1996 , 20 (1) : 13 .
Y oung Joon Y oon , K eun W ook K im , H ong K oo Baik , Serk 2W on Jang , Sung 2Man Lee . E f f ects of catalytic sur f ace layer on Zr 2based alloy getters f or hydr ogen absor ption J . The S olid F ilms , 1999 , 250 : 138 .
Lee Sung 2Man , Park Y oun 2Jea , Lee He on 2Y oung , K im K young 2 Chan , Baik H ong 2K oo . Hydr ogen absor ption pr operties of a Zr 2A l al 2 loy ball 2m illed w ith N i pow der J . I ntermetallics , 2000 , 8 : 781 . 张
朝阳 , 魏锡文 , 张海东 , 李 兵 , 喻林霞. N i 2P 化学镀的 机理及其研究方法 J .
中国有金属学报 , 2001 , 11 ( S1) :
199 .
黎德育 , 李 宁 , 李柏松. 粉体上的化学镀镍 J . 材料科
学与工艺 , 2003 , 11 (4) : 414 .
龚 磊 , 邹 军 , 胡秀霞 , 龚 霞 , 肖 伟. 低温化学镀镍2 磷合金工艺的研究 J . 江西农业大学学报 , 2004 , 26 ( 2) :
319 .
欧阳新平 , 罗浩江. 低温化学镀镍研究进展 J . Electr o 2
plating and Finishing , 2000 , 19 (3) : 42 .
崔景东 , 张永峰. 低温碱性化学镀镍工艺的研究 J . E lec 2
30 min 的 T i 粉高 。究其原因不难发现 : 镀镍 30 min
的 T i 粉由于表面镍层较厚 ( 厚度 ≥2 μm ) , 致密程 度较高 , 一定程度上降低了 H 2 分子和氢原子的扩 散速率 。同样测试条件下 , 随着镀层厚度的增加 , 镍层厚度对吸氢过程的阻碍作用随之增大 , 样 品 的吸氢速率和吸氢量反而降低 。
2 3 4
4 结 论
5 1 . 采用低温化学镀法对吸气剂 Ti 粉进行表面
镀 Ni , 表面镍层以结晶态包覆于 T i 表面 , 镀层均 匀 , 镀层厚度为 1～2 μm 。
2 . 化学镀镍能够降低氢分子在 Ti 表面的解离
能 , 表面镀镍 10 min 后的 Ti 粉在 450 ℃低温下激 活比 30 min 激活具有较好的吸气性能 。与纯 Ti 相 比 , 低温下镀镍的 T i 粉性能明显提高 。 6
7 8
9 参考文献 :
10
1
尉秀英 , 秦光荣 , 王志刚 , 苑 鹏. 多孔烧结体室温吸气剂
tr oplating and Pollution C ontr ol , 2004 , 24 (2) : 30 .
Absorption Prop erties of T itanium Po w d er
E ffects of E lectroless N ick el on H yd rogen G u Wei , Xiong Yuhua 3 , Du J un , Wei X iuying , Qin G uangrong ( Institute o f the A dvanced Electronic
Materials , G eneral Research Institute f o r Non 2Ferrous Metal , Beijing 100088 , China )
Abstract : E lectroless plating of Ni on T i (NEG ) powder was studied to im prove its activati on process and hydro 2 gen sorpti on property. XR D , SE M and E DS were utilized to analyz e the m icrostructure and com positi on of the Ni 2 coated T i powder . The hydrogen sorpti on characteriz ati on of Ni 2coated T i powder was investigated. Ex perim ental results indicated uhat Ni ex ists as crystalline phase . The
K ey w ords : electroless nickel ; Ti powd er ; hydrog en sorption
coating was uniform , which played an im portant role as a catalyst which favored the dissociati on of hydrogen on surface. Hydrogen sorpti on kinetics of Ni 2coated NEG s was im proved com pared with the T i powder without Ni 2 coating , showing a high sorpti on speed at a l ow activati on tem perature of 450 ℃.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议