镍包覆二氧化钛的制备

崔作兴， 王 明， 邵忠财， 孟冬梅

（1.辽宁地质工程职业学院，辽宁 丹东118008；2.沈阳理工大学 环境与化学工程学院，辽宁 沈阳110159；3.沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳110869）

0 前言

金属镍包覆层具有抗腐蚀、耐磨损、韧性好、应力低等优点，应用前景十分广阔［1］。本文采用化学镀法制备镍-二氧化钛粉末。以联氨作为化学镀镍的还原剂。首先在粒度较大的二氧化钛粉末上化学镀镍，探讨在未经预处理的粉体上化学镀镍的可行性。在此基础上，研究镀速与镀液组成及工艺条件的关系，以期得到最佳的镀液组成及工艺条件。

1 实验

1.1 化学镀

将配制好的化学镀液置于水溶液中预热。向其中加入一定量的二氧化钛粉末，水浴加热。20～30 min时溶液中有气泡产生，证明反应开始进行。随着反应继续进行，溶液的颜色开始由蓝变浅，二氧化钛粉末的颜色由白变黑。当溶液中不再有气泡产生，溶液的颜色变透明时，反应到达终点。过滤出镀好的镍-二氧化钛粉末，水洗两遍，醇洗一遍，放入干燥箱中干燥。

1.2 镀镍层质量的确定

首先称出干燥好的滤纸质量，将滤纸和所用二氧化钛粉末的质量之和记为m1；镀覆之后，经过滤、干燥，称出滤纸和镍-二氧化钛粉末的质量之和，记为m2，则镀镍层的质量m为：

1.3 单因素实验

选取的9个因素分别为：硫酸镍（带6份结晶水）、联氨、硫脲、温度、pH值、乙酸钠、酒石酸钠、氨水、搅拌速率。固定其他因素不变，只改变一个因素，进行镍包覆二氧化钛实验。单因素实验基础配方为［2］：硫酸镍25g／L，酒石酸钠20g／L，联氨100 mL／L，氨 水50mL／L，乙 酸 钠15g／L，硫 脲1 mg／L，搅拌速率80r／min，温度90℃，pH值12.5。

2 结果与讨论

2.1 硫酸镍对镀速的影响

图1为硫酸镍的质量浓度对粉末增重的影响。由图1可以看出：硫酸镍在镀液中须保持一个最低量，过低则镀速很慢；小于30g／L时，镀速随硫酸镍的质量浓度的增加而加快；大于40g／L时，粉末增重变化不大，镀液的稳定性下降，会沉积到烧杯壁上。又考虑到成本和环保，硫酸镍的质量浓度不宜过高。因而，硫酸镍在20～40g／L范围内，镀覆效果较好。

图1 硫酸镍的质量浓度对粉末增重的影响

2.2 联氨对镀速的影响

图2为联氨的体积分数对粉末增重的影响。由图2可以看出：适当地提高联氨的体积分数，有利于提高镀速；但是当联氨的体积分数过高时，镀速反而下降。过高的还原速率导致槽液自发分解而报废，容易出现镍微粒，增加了施镀的催化核心，大大降低了镀液的稳定性。因而，联氨在80～120mL／L范围内，镀覆效果较好。

图2 联氨的体积分数对粉末增重的影响

2.3 硫脲对镀速的影响

图3为硫脲的质量浓度对粉末增重的影响。由图3可以看出：随着硫脲的质量浓度的升高，镀速逐渐降低。稳定剂在镀液中的质量浓度一般是很低的。当其质量浓度超过一定值时，甚至整个反应完全停止。这是因稳定剂遮盖了催化活性核心所致。但当稳定剂的质量浓度过低时，会在烧杯壁上看到镍的自发沉积（为一光亮层）。因此，硫脲在0.5～3.0mg／L范围内，镀覆效果较好。

图3 硫脲的质量浓度对粉末增重的影响

2.4 温度对镀速的影响

图4为温度对粉末增重的影响。由图4可以看出：镀速随温度的升高而加快。在特定的pH值下，只有在80℃以上才能达到实际有用的镀速。文献［3］指出：温度升高10℃，镀速加倍。但在过高的温度下施镀需要较多的能量，镀液组分挥发也多，且稳定性降低。因此，温度在85～95℃范围内，镀覆效果较好。

图4 温度对粉末增重的影响

2.5 pH值对镀速的影响

图5为pH值对粉末增重的影响。由图5可以看出：随着pH值的增大，镀速加快。在一定的温度下，镀速的加快与pH值的升高有略微的线性关系［4］。但较高的pH值易于析出镍微粒，加速镀液分解，导致镀液的稳定性降低。pH值在12.8～13.4范围内，镀覆效果好。

图5 pH值对粉末增重的影响

2.6 酒石酸钠对镀速的影响

图6为酒石酸钠的质量浓度对粉末增重的影响。由图6可以看出：镀速随酒石酸钠的质量浓度的增加而降低。酒石酸钠可以将所有的镍离子结合成稳定的配合物。这可以从镀速的减小看出。酒石酸钠在5～20g／L范围内，镀覆效果较好。

图6 酒石酸钠的质量浓度对粉末增重的影响

2.7 氨水对镀速的影响

图7为氨水的体积分数对粉末增重的影响。由图7可以看出：氨水对镀速的影响不大，整条曲线变化平稳。加入氨水可以防止在用氢氧化钠调节pH值之前镀液中出现沉淀。氨水在40～70mL／L范围内，镀覆效果较好。

图7 氨水的体积分数对粉末增重的影响

2.8 搅拌速率对镀速的影响

图8 搅拌速率对粉末增重的影响

图8为搅拌速率对粉末增重的影响。由图8可以看出：镀速随搅拌速率的加快呈现上升的趋势，但变化并不是很明显。镀液的搅拌并非绝对必要。其他条件保持不变，基体运动可以提高镀速。但为了获得均匀的镀层，保持镀液的稳定性，不要过分高的搅拌速率。因此，搅拌速率在60～70r／min范围内，镀覆效果较好。

2.9 乙酸钠对镀速的影响

图9为乙酸钠的质量浓度对粉末增重的影响。由图9可以看出：当乙酸钠的质量浓度为5～20 g／L时，镀速基本恒定；大于20g／L时，镀速急剧下降。缓冲剂的加入量不能过小，否则镀液的pH值降低太快。乙酸钠在12～20g／L范围内，镀覆效果较好。

图9 乙酸钠的质量浓度对粉末增重的影响

3 结论

在无催化活性的粉体（二氧化钛粉体）表面直接进行化学镀镍是可行的。通过单因素方法考察了各因素对镀速及镀液稳定性的影响。选取了各因素在镀覆效果较好时的范围：硫酸镍20～40g／L，联氨80～120mL／L，酒石酸钠5～20g／L，氨水40～70mL／L，硫脲0.5～3.0mg／L，乙酸钠12～20 g／L，pH值12.8～13.4，温度85～95℃，搅拌速率60～70r／min。

［1］李克平，张同俊，李星国，等.激光合成梯度功能材料新工艺的研究［J］.功能材料，1997，28（1）：75-77.

［2］刘汝涛，高灿柱，杨景和，等.影响化学镀镍稳定性因素的研究［J］.表面技术，2001，30（1）：10-12.

［3］GUTZEIT G.An outline of the chemistry involved in the process of catalytic nickel deposition from aqueous solution［J］.Plating，1959，46（10）：1 158-1 164.

［4］GAWRILOV G.Chemical nickel plating［M］.Redhill：Portcullis Press Limited，1979.