纳米碳纤维和金属的复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种含有纳米碳纤维的复合电镀层。复合电镀液包含主要由硫酸镍和氯化镍组成的Ｗａｔｔｓ浴、增亮剂、表面活性剂和纳米碳纤维。采用聚丙烯酸作为表面活性剂。

【技术实现步骤摘要】
纳米碳纤维和金属的复合材料及其制造方法
本专利技术涉及一种具有光滑表面的纳米碳纤维和金属的复合材料及其制造方法。
技术介绍
广泛采用在金属表面电镀金属膜以保护该金属表面并改善其外观。还提出一种复合电镀材料(composite plating material)，其包含金属和直径在1.0～50nm(纳米)且被称为纳米碳的超细含碳材料。该含碳材料具有良好的热导率和电导率，并可与金属复合以改善其热性能及电性能。在第2004-106191号日本专利申请中，本专利技术的专利技术人已提出一种复合电镀材料，该复合电镀材料包含纳米碳和金属。我们已提出一种经复合电镀层包覆的产品，该复合电镀层采用通过向金属电镀液中添加纳米碳纤维和表面活性剂制备的复合电镀液形成。该复合电镀层包含50～98体积％的电镀金属和2～50体积％的纳米碳纤维。尽管纳米碳纤维通常润湿性较低，但表面活性剂提高了其润湿性，因此制成了具有良好耐久性的产品。将参考图3对该产品进行描述。图3所示为电镜所检测到的形成于铁板100上的电镀膜101的截面，该电镀膜是通过在此铁板上沉积的锌以及分散于其中的纳米碳纤维形成。首先，膜101厚度小于10μm，且含有基本均匀地分散于其中的纳米碳纤维。然后主要通过凸出含有纳米碳纤维的锌颗粒102在其上形成粗糙表面，此后沉积的锌集中在凸起的锌颗粒102上，纳米碳纤维103也集中于其上并与锌复合。-->根据电镀膜生长的基本原理，金属离子无法均匀地沉积在所形成的电镀膜的整个表面上，而是集中在其凸起的部分。由于金属的沉积集中在凸起部分，电镀膜在凹进部分几乎不会有任何沉积或显著的生长。因此，随着电镀操作的进行，金属沉积初期形成的粗糙表面将变得更加粗糙。前述解释了为何纳米碳纤维集中在金属沉积集中的凸起部分。实际上，电镜照片检测显示了纳米碳纤维集中在凸起部分。由于凸起部分在其外表面形成，采用公知的复合电镀方法形成的电镀膜101无法改善铁板100的外观。当形成于诸如铁板100的金属材料上以改善其热性能和电性能的诸如101的复合电镀膜破坏了其外观时，复合电镀仅具有有限的适用性。因此要求复合电镀可形成光滑表面以获得更宽的适用性
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种纳米碳纤维和金属的复合材料，该复合材料包含通过在复合电镀液中电镀金属材料形成的镍和纳米碳纤维复合电镀层，该电镀液是通过向主要由硫酸镍和氯化镍组成的Watts浴(Watts bath)中添加增亮剂、聚丙烯酸和纳米碳纤维制成。本专利技术的纳米碳纤维和金属复合材料的表面粗糙度改善到在同种材料上迄今所得的表面粗糙度的约1/50。本专利技术的电镀层具有完全光滑的表面，如将要成为明显的层(as will become obvious layer)。尽管含有纳米碳纤维，但由于电镀层表面光滑，使其具有良好的外观，且由于纳米碳纤维，使电镀层具有良好的热性能和电性能。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造纳米碳纤维和金属复合材料的方法，该方法包括将增亮剂、聚丙烯酸和纳米碳纤维添加到主要由硫酸镍和氯化镍组成的Watts浴中以制备复合电镀液，以及在该电镀液中电镀金属材料以在其上形成镍和纳米碳纤维复合电镀层。-->本专利技术的方法可形成一种表面粗糙度改善至在同种材料上迄今所得的表面粗糙度的约1/50的电镀层。其可在金属材料上形成电镀层，尽管含有纳米碳纤维，但由于其表面光滑，因此具有良好的外观，且由于纳米碳纤维而使该层具有良好的热性能和电性能。因此，通过采用纳米碳纤维进行的复合电镀的适用范围得以显著地扩宽。所述增亮剂优选为糖精钠和2-丁炔-1，4-二醇的组合。某些增亮剂与分散剂(或表面活性剂)的相容性差，从而形成粗糙的表面，或削弱其性能。但糖精钠和2-丁炔-1，4-二醇与表面活性剂具有良好的相容性，且不会妨碍其性能。因而，糖精钠和2-丁炔-1，4-二醇提高了电镀的质量。电镀液优选每立方米含有0.1～1.0kg聚丙烯酸和2～20kg纳米碳纤维。如果其所含聚丙烯酸低于0.1kg每立方米，则该酸的分散能力太低以至于纳米碳纤维得以内聚。然而，超过1.0kg每立方米的聚丙烯酸将过量，且该酸将形成不期望的分解产物沉积在电镀液中并降低电镀质量。每立方米溶液仅含有低于2kg的纳米碳纤维是不够的，并造成电镀层仅含有不足量的纳米碳纤维，含量超过20kg也是不期望的，因为该溶液需要大量的表面活性剂。附图说明仅为举例说明，将参考附图详细描述本专利技术某些优选的具体实施方案，附图中：图1为用于实施本专利技术电镀的设备的基本结构图；图2为本专利技术采用的纳米碳纤维和聚丙烯酸的量的比较图；及图3为采用已知方法形成的电镀层中颗粒的剖面图。具体实施方式初始参考图1，图1所示为用于实施本专利技术电镀的设备的基本结构。电镀设备10具有含有电镀液15的电镀槽11，锌或镍板12浸入其中作为正极，铁、铝、铜或不锈钢板13作为负极，电源14连接在两板12和-->13之间。电镀液15将在下面进行描述。搅拌和循环电镀液15的装置也是必需的，但由于可采用公知装置，因此将不作描述。根据比较例1，电镀液15含有水、氯化锌、氯化铵、表面活性剂和纳米碳纤维；根据本专利技术实施例1，电镀液15含有水、硫酸镍、氯化镍、硼酸、增亮剂、表面活性剂和纳米碳纤维。稍后将陈述电镀液的组成。根据比较例1，锌离子和纳米碳纤维到达金属板13。因而在金属板13上形成锌和纳米碳纤维混合物的膜。根据实施例1，镍离子和纳米碳纤维到达金属板13。因而在金属板13上形成镍和纳米碳纤维混合物的膜。实施例现在将描述本专利技术的几个试验例。但本专利技术不限于这些实施例。通用电镀条件：负极：铁板(脱脂且清洁)正极：锌板(比较例1)，电解镍板(实施例1)电镀液温度：25℃电流密度：5A/dm2处理持续时间：3分30秒(实施例1-2和比较例1-2中为20分钟)比较例1中采用的电镀液的组成：水：1.0m3氯化锌：70kg/m3氯化铵：180kg/m3表面活性剂：通过混合非离子表面活性剂和2，4，7，9-四甲基-5-癸炔(desine)-4，7-二醇得到表面活性剂(商标名：OLFIN PD-002W，NisshinKagaku Kogyo K.K出品)：2000cm3/m3纳米碳纤维：2kg/m3-->实施例1采用的电镀液的组成：水；1.0m3六水合硫酸镍(II)：240kg/m3六水合氯化镍(II)：45kg/m3硼酸：30kg/m3增亮剂：糖精钠，2kg/m3和2-丁炔-1，4-二醇，0.2kg/m3表面活性剂：聚丙烯酸，0.1kg/m3纳米碳纤维：2kg/m3比较例1和实施例1中，在其中混合纳米碳纤维时，使电镀液经过超声振荡。由此提升纳米碳纤维在溶液中的分散性。实验结果如表1所示。表面粗糙度Ra在激光显微镜下检测。如JISB0601所定义，Ra为中线平均粗糙度。除了处理持续时间，比较例1-2和实施例1-2采用的条件分别与比较例1和实施例1的相同。表1  电镀液  表面活性剂  正极  负极  处理持续时间  表面粗糙度Ra  比较例1  氯化锌  氯化铵  PD-002W  锌板  铁板  3分30秒  10μm  实施例1  六水合硫酸镍(II)  六水合氯化镍(II)  硼酸  聚丙烯酸  镍板  铁板  3分30本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳纤维和金属的复合材料，其包含镍和纳米碳纤维复合电镀层，该复合电镀层通过在复合电镀液中电镀金属材料形成，该电镀液通过向主要由硫酸镍和氯化镍组成的Ｗａｔｔｓ浴中加入增亮剂、聚丙烯酸和纳米碳纤维而制备。

【技术特征摘要】
JP 2004-10-27 312901/20041.一种纳米碳纤维和金属的复合材料，其包含镍和纳米碳纤维复合电镀层，该复合电镀层通过在复合电镀液中电镀金属材料形成，该电镀液通过向主要由硫酸镍和氯化镍组成的Watts浴中加入增亮剂、聚丙烯酸和纳米碳纤维而制备。2.一种制造纳米碳纤维和金属复合材料的方法，其包括向主要由硫酸镍和氯化镍组成的Watts浴中加入增亮剂、聚丙烯酸和纳米碳纤维以制备复合电镀液，以及在该电镀液中电镀金属材料以在其上形成镍和纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤智之，新井进，
申请(专利权)人：日精树脂工业株式会社，国立大学法人信州大学，
类型：发明
国别省市：JP[日本]