一種復合電沉積制備CNTs/Ni復合材料的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及采用復合電沉積制備復合材料的方法。
【背景技術】
[0002]碳納米管具有優異的機械性能、電性能、磁性能、光性能及熱性能，在一些特殊的領域(如宇宙探索)，要求高性能、輕質、高強結構材料，碳納米管增強金屬復合材料具有應用潛力。因此碳納米管被認為是一種理想的復合材料增強體。但是碳納米管在金屬基體中的分散性、與金屬基體的界面反應和界面結合狀態直接影響復合材料的性能。由于碳納米管的比表面積大，極易在范德華力的作用下相互粘連纏結成團聚，分散的碳納米管一旦發生二次團聚，很難再次分散開。這種團聚體在復合材料中會使碳納米管失去其強化作用。另外碳納米管與一些金屬，例如鋁合金，在高溫下容易發生界面反應。最后碳納米管與金屬基體形成良好的物理、化學界面強度，才能發揮碳納米管良好的物理和力學性能。
【發明內容】
[0003]本發明要解決現有技術制備的復合材料中碳納米管分散性差的問題，而提供一種復合電沉積制備CNTs/Ni復合材料的方法。
[0004]—種復合電沉積制備CNTs/Ni復合材料的方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0005]—、將碳納米管粉體與濃硝酸混合，再加入濃硫酸，然后在機械攪拌條件下，進行間歇性超聲處理25h，每超聲時間為30min，間歇時間為2h，得到懸浮液；其中碳納米管粉體為15g，濃硝酸體積為250mL，濃硫酸體積為750mL ；
[0006]二、將蒸餾水加入步驟一得到的懸浮液中，至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；再重復操作:加入蒸餾水至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；至上層溶液的pH為1.8?2.1時，保留上層溶液，得到固液混合物；
[0007]三、將步驟二得到固液混合物倒入布氏漏斗中，進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜；當液面高度低于布式漏斗一半高度時，傾倒蒸餾水稀釋，至濾出液體的PH值為6?7，停止傾倒蒸餾水，完成抽濾，得到粉末；
[0008]四、將步驟三得到的粉末與溶劑混合均勻，然后進行真空抽濾，抽濾篩采用800目銅網篩，將過篩的產物再進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜，得到碳納米管；
[0009]五、將硫酸鎳、氯化鎳、硼酸和步驟四得到的碳納米管混合均勻，超聲分散30min，配制成電解液，然后進行復合電沉積，其中控制復合電沉積工藝參數:溫度為50°C，磁力攪拌速率lOOrpm，電解液pH值4.0，陰極電流密度lA/dm2，電沉積時間為2h，得到CNTs/Ni復合材料。
[0010]本發明的有益效果是:
[0011]本發明中復合電沉積是一種新型的復合材料制備技術。較其它的制備方法，比如粉末冶金、壓力浸滲、攪拌鑄造、熱擠壓，復合電沉積具有如下特點:
[0012]1、制備溫度低。復合電沉積是在水溶液或有機溶劑中進行，通常溫度控制在50°C?70°C ;傳統工藝溫度通常大于500°C。
[0013]2、經濟性好。在普通電沉積裝置、電解液、陽極基礎上，加以適用性改造即可以進行復合電沉積，因此投入少、費用低、能耗小。
[0014]3、容易控制。復合電沉積操作簡便，易于控制。
[0015]4、適用性廣。電解液中可以添加一種或多種尺寸不同、性質各異的增強體微粒，同種微粒也可以加入不同電沉積體系中，嵌入不同合金基體或單質金屬基體中，可以制備不同種類的復合材料。
[0016]本發明用于制備CNTs/Ni復合材料。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例一步驟三和步驟四采用微孔濾膜作為抽濾膜時真空抽濾裝置示意圖，其中I代表微孔濾膜，2代表機械攪拌棒，3代表塑料漏斗，4代表布氏漏斗，5代表圓底燒瓶，6代表橡膠管，7代表真空栗；
[0018]圖2為實施例一步驟四采用銅網篩作為抽濾膜時真空抽濾裝置示意圖，其中4代表布氏漏斗，5代表圓底燒瓶，6代表橡膠管，7代表真空栗，8代表銅網篩；
[0019]圖3為實施例一步驟五進行復合電沉積的裝置示意圖，其中9代表電極固定臺，10代表陽極鎳片，11代表鍍件，12代表磁力攪拌轉子，13代表恒溫磁力攪拌器，14代表直流穩壓電源；
[0020]圖4為實施例一步驟四過篩得到的CNTs掃描電鏡照片；
[0021]圖5為實施例一制備的CNTs/Ni復合材料薄片截面的金相照片；
[0022]圖6和圖7為實施例一制備的CNTs/Ni復合材料的表面掃描電鏡照，其中圖6為低倍，圖7為高倍；
[0023]圖8為實施例一制備的CNTs/Ni復合材料的X射線衍射譜圖；
[0024]圖9為實施例一?實施例四制備的CNTs/Ni復合材料的拉伸測試曲線圖。
【具體實施方式】
[0025]本發明技術方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0026]【具體實施方式】一:本實施方式一種復合電沉積制備CNTs/Ni復合材料的方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0027]—、將碳納米管粉體與濃硝酸混合，再加入濃硫酸，然后在機械攪拌條件下，進行間歇性超聲處理25h，每超聲時間為30min，間歇時間為2h，得到懸浮液；其中碳納米管粉體為15g，濃硝酸體積為250mL，濃硫酸體積為750mL ；
[0028]二、將蒸餾水加入步驟一得到的懸浮液中，至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；再重復操作:加入蒸餾水至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；至上層溶液的pH為1.8?2.1時，保留上層溶液，得到固液混合物；
[0029]三、將步驟二得到固液混合物倒入布氏漏斗中，進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜；當液面高度低于布式漏斗一半高度時，傾倒蒸餾水稀釋，至濾出液體的pH值為6?7，停止傾倒蒸餾水，完成抽濾，得到粉末；
[0030]四、將步驟三得到的粉末與溶劑混合均勻，然后進行真空抽濾，抽濾篩采用800目銅網篩，將過篩的產物再進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜，得到碳納米管；
[0031]五、將硫酸鎳、氯化鎳、硼酸和步驟四得到的碳納米管混合均勻，超聲分散30min，配制成電解液，然后進行復合電沉積，其中控制復合電沉積工藝參數:溫度為50°C，磁力攪拌速率lOOrpm，電解液pH值4.0，陰極電流密度lA/dm2，電沉積時間為2h，得到CNTs/Ni復合材料。
[0032]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中濃硝酸質量濃度為69%。其它與【具體實施方式】一相同。
[0033]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中濃硫酸質量濃度為98%。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0034]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟一中超聲處理頻率為40kHz。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0035]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟四中溶劑為蒸餾水或無水乙醇。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0036]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟五電解液中硫酸鎳濃度為240g/L。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0037]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟五電解液中氯化鎳濃度為40g/L。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0038]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟五電解液中硼酸濃度為40g/L。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0039]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】一至八之一不同的是:步驟五電解液中碳納米管濃度為0.5?1.25g/L0其它與【具體實施方式】一至八之一相同。
[0040]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】一至九之一不同的是:步驟五復合電沉積陽極采用鎳片。其它與【具體實施方式】一至九之一相同。
[0041]采用以下實施例驗證本發明的有益效果:
[0042]實施例一:
[0043]本實施例一種復合電沉積制備CNTs/Ni復合材料的方法，具體是按照以下步驟進行的:
[0044]—、將碳納米管粉體與濃硝酸混合，再加入濃硫酸，然后在機械攪拌條件下，進行間歇性超聲處理25h，每超聲時間為30min，間歇時間為2h，得到懸浮液；其中碳納米管粉體為15g，濃硝酸體積為250mL，濃硫酸體積為750mL ;濃硝酸質量濃度為69%，濃硫酸質量濃度為98% ;超聲處理頻率為40kHz ；
[0045]二、將蒸餾水加入步驟一得到的懸浮液中，至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；再重復操作:加入蒸餾水至體積為2000mL，攪拌均勻，然后靜置產生沉淀物，當沉淀物的體積達到100mL時，傾倒上層溶液；至上層溶液的pH為1.8?2.1時，保留上層溶液，得到固液混合物；
[0046]三、將步驟二得到固液混合物倒入布氏漏斗中，進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜；當液面高度低于布式漏斗一半高度時，傾倒蒸餾水稀釋，至濾出液體的pH值為6?7，停止傾倒蒸餾水，完成抽濾，得到粉末；
[0047]四、將步驟三得到的粉末與溶劑混合均勻，然后進行真空抽濾，抽濾篩采用800目銅網篩，將過篩的產物再進行真空抽濾，抽濾膜采用微孔濾膜，得到碳納米管；溶劑為無水乙醇；
[0048]五、將硫酸鎳、氯化鎳、硼酸和步驟四得到的碳納米管混合均勻，超聲分散30min，配制成電解液，然后進行復合電沉積，其中控制復合電沉積工藝參數:溫度為50°C，磁力攪拌速率lOOrpm，電解液pH值4.0，陰極電流密度lA/dm2，電沉積時間為2h，得到CNTs/Ni復合材料；
[0049]其中，電解液中硫酸鎳濃度為240g/L，氯化鎳濃度為40g/L，硼酸濃度為40g/L，碳納米管濃度為1.0g/L，陽極采用鎳片。
[0050]本實施例步驟三和步驟四采用微孔濾膜作為抽濾膜時真空抽濾裝置如圖1所示，其中I代表微孔濾膜，2代表機械攪拌棒，3代表塑料漏斗，4代表布氏漏斗，5代表圓底燒瓶，6代表橡膠管，7代表真空栗。
[0051]本實施例步驟四采用銅網篩作為抽濾膜時真空抽濾裝置如圖2所示，其中4代表布氏漏斗，5代表圓底燒瓶，6代表橡膠管，7代表真空栗，8代表銅網篩。
[0052]本實施例步驟五進行復合電沉積的裝置圖如圖3所示，其中9代表電極固定臺，10代表陽極鎳片，11代表鍍件，12代表磁力攪拌轉子，13代表恒溫磁力攪拌器，14代表直流穩壓電源。
[0053]本實施例步驟四過篩得到的