[发明专利]一种铜粉表面包覆磷镍合金层的超声化学制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属包覆型复合粉末，特指一种铜粉表面包覆磷镍合金层的超声化学制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，在冶金，机械，航海，电子，通讯以及材料保护等诸多领域，单一材料已经很难满足某些特殊的要求，致使复合材料的研究日益受到重视并得到了迅速的发展；金属包覆型复合粉末作为复合材料的一种类型，兼有包覆层金属和用作芯核的被包覆粉末两种或两种以上物质的特性，因而在上述诸多领域都成为必不可少的材料。

金属镍粉、铜粉是冶金、机械、化工、电子等行业中应用较广的一类材料；用镍包铜复合粉末制成的合金要比由铜粉镍粉机械混合制成的合金密度高，烧结成合金的速率快，尤其是用镍包覆树枝状的电解铜粉，这种复合粉不仅可以有效利用原始铜粉特有的枝状结构，还可以发挥包覆层中镍的优良的界面特性，增强粉末颗粒之间的润湿性，提高材料致密化、成分均匀化程度，这种复合粉末可以代替纯的镍粉、铜粉的机械混合物，可显著改善常规方法得到镍、铜的混合粉末的流动性低、均质性(没有组成偏析)及抗氧化性、耐腐蚀性和耐磨性差的问题，还可以降低成本，提高生产效益，具有很好的应用前景，因而研究镍包铜复合粉的制备工艺及其粉末冶金行为有着重要的市场价值和现实意义。

金属包覆型复合粉末的制备方法主要有溶胶–凝胶法、化学气相沉积法、化学镀法、电镀法、热分解–还原法；在上述方法中，化学镀法具有较大优势。化学镀法制备出的镀镍铜粉具有分散均匀、包覆效果好、耐蚀性较强、镀层致密、表面光洁等优点；目前有很多制备镍包覆型复合粉末的方法有很多，典型金属包覆型复合粉末的制备方法专利有：公开号为CN1988973A的发明专利提供了一种镀镍铜粉的制备方法，该方法采用钯为催化剂，联胺（肼）作为还原剂来制备镀镍铜粉；文献“电子工业用镍包铜粉的工艺及性能研究”采用氯化钯为活化剂，利用联胺（肼）为还原剂在铜粉上包覆了一层镍；公开号为CN1817512A的发明专利提供了一种镍包铜粉的生产方法，在碱性镀液条件下，将硫酸镍溶液加热到80—90℃，加入电解铜粉调节pH至11.5-13.5，采用联胺（肼）为还原剂，制备镍包铜粉末；上述几个文献均使用联胺（肼）做还原剂制备镍包铜粉末时，这种方法镍的沉积速率相对较低，工艺复杂、成本高、存在环境污染等问题；文献“新型Ni—Cu复合镀层的制备”介绍了用复合电镀的方法制备镍包铜粉末的工艺：将铜粉加入含硫酸镍、氯酸镍、硼酸的镀镍电解液中，控制电解液的pH值3—4，温度45—60℃，电流密度2—3A/dm2，在铜粉表面实现镀镍目的，但是实验条件苛刻，成本高，操作复杂。

本发明选用次亚磷酸钠作还原剂，制备了酸性镀液，使用盐酸对粉末进行活化，再将活化后的铜粉均匀分散的电镀液中，加入高能超声进行振荡，这种振荡的效应加快了铜粉在镀液中的运动，有利于激发镀液中氧化还原反应的进行，在同等镀覆量的情况下，使得镀覆时间比传统的镀覆时间缩短一半，镀层未引入杂质元素，镀覆的粉末其氢损、含碳量、流动性及松装密度均符合高性能镍铜合金粉末冶金材料的要求。

发明内容

本发明选用次亚磷酸钠为还原剂，通过以下方案实现：

（1）工艺条件

经过酸化活化的电解铜粉（99.9%，-200目）25-30g／l；硫酸镍30g／l，次亚磷酸钠40g／l，醋酸钠30g／l，乳酸5g／l，丙酸3g／l，添加剂盐酸（1.18g／cm3）等适量，以上试剂均为分析纯；温度85℃，保温时间5-10min；高能超声的参数：超声功率为1000-2000W，频率：50MHz。

（2）选用盐酸进行活化处理

电解铜粉表面预处理，敏化、活化和还原处理的目的是在不具有催化活性的表面生成不连续的、有催化能力的一层贵金属晶核，作为化学镀中引发金属沉积的活化中心，使化学镀能自发进行，是非金属和不具有催化活性粉末表面化学镀的重要环节；在用次亚磷酸钠作还原剂的镀液中，铜粉表面是不具有催化活性的，因此必须对铜粉表面进行敏化、活化处理，才能激发化学镀覆的进行，在铜粉表面形成镍的包覆层，本发明选用盐酸酸化、活化工艺处理后的铜粉，实现了化学镀覆，且镀覆质量优异，化学镀液稳定；而选用氯化亚锡、氯化钯进行敏化活化处理，不仅价格昂贵，而且在镀覆中一旦将残留在铜粉表面的钯离子带入化学镀液，将会大量消耗镀液中的次亚磷酸钠促使镀液分解，使得铜粉表面镀覆不完全。

工艺过程如下：将铜粉置于体积比为1：1的去离子水和盐酸的混合溶液中活化15分钟，用水清洗铜粉后再将铜粉置于体积比为5～10%的盐酸中酸化铜粉15分钟，用蒸馏水反复清洗至中性。