一种碳纳米管复合镀层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，属于金属基复合镀层的制备领域。所述碳纳米管复合镀层的制备方法，包括：A、碳纳米管改性；B、负载二氧化钛；C、电镀。本发明专利技术实施例通过在碳纳米管的表面缺陷部位附着绝缘物质，即在碳纳米管的表面缺陷部位附着二氧化钛颗粒，以消除这些缺陷部位的尖端放电效应，减弱了碳纳米管的导电性能，减少了碳纳米管之间相互之间的连接，从而提高碳纳米管复合镀层的致密性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属基复合镀层的制备领域，特别涉及一种碳纳米管复合镀层的制备方法。 
技术介绍
碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）自从1991年被发现以来，其作为准一维纳米材料，在力学、导电和传热等方面具有优异的性能，因此，碳纳米管在许多领域中都有着非常广阔的用途。由于碳纳米管具有高韧性、高弹性模量以及自润滑性能，所以碳纳米管在金属基复合镀层方面也有着非常广阔的应用前景。 现有技术中，在制备碳纳米管复合镀层时，通过将碳纳米管分散于电镀液中对金属材料进行电镀，获得碳纳米管金属基复合镀层。 在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题： 碳纳米管复合镀层在制备过程中，由于碳纳米管表面存在缺陷，以至于碳纳米管在电镀电场的作用下，这些缺陷部位通过尖端放电效应，使电镀液中的镍离子、铜离子或钴离子优先在碳纳米管表面还原沉积，导致制备的碳纳米管复合镀层表面粗糙、疏松，降低了碳纳米管复合镀层的致密性，影响碳纳米管复合镀层的使用。 
技术实现思路
为了解决碳纳米管复合镀层的致密性低的问题，本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法。所述技术方案如下： 本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤： A、碳纳米管改性：将碳纳米管利用含氧的等离子体进行表面改性； B、负载二氧化钛：将改性后的所述碳纳米管放置在相对湿度为80-90%的 环境中，放置5-10分钟后，将所述碳纳米管放入由保护气和四氯化钛气体组成的混合气体中，放置3-5分钟后，将所述碳纳米管进行高温处理，处理温度为200-300℃，处理时间为10-20分钟； C、电镀：将高温处理后的所述碳纳米管分散于电镀液中对金属材料进行电镀，即可在所述对金属材料表面获得高致密性的碳纳米管金属基复合镀层。 具体地，所述等离子体为微波等离子体、射频等离子体、直流等离子体或阻挡介质放电等离子体。 进一步地，利用所述射频等离子体改性的工艺参数为：工作气压80Pa，功率100W，工作气体为空气，气体流速为100sccm，改性时间50s。 进一步地，利用所述微波等离子体改性的工艺参数为：工作气压1kPa，功率200W，工作气体为空气或氧气和氩气的混合气体，气体流速为100sccm，改性时间20-30s。 具体地，所述氧气和氩气的混合气体中，所述氧气的体积百分数为10-30%。 具体地，所述保护气和四氯化钛气体的混合气体中，所述四氯化钛气体的体积百分数为3-6%。 进一步地，所述保护气为氮气。 具体地，所述电镀液中含有镍离子、铜离子或钴离子中的至少一种。 具体地，所述碳纳米管在所述电镀液中的含量为0.1-0.2g/L。 具体地，所述电镀的工艺参数为：电镀温度25-40℃，电流密度2.2-3A/dm2，电镀时间30-50min。 本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，该方法利用四氯化钛水解产生二氧化钛，二氧化钛负载在碳纳米管的表面缺陷部位，由于二氧化钛是绝缘物质，能够消除碳纳米管缺陷部位的尖端放电效应，防止电镀液中的镍离子、铜离子或钴离子优先在碳纳米管表面还原沉积，本专利技术的制备方法能够减弱了碳纳米管的导电性能，减少了碳纳米管之间相互之间的连接，从而提高碳纳米管复合镀层的致密性。 具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。 实施例一 本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，该方法包括： 步骤A：碳纳米管改性。 具体地，该步骤包括：将碳纳米管放入射频等离子体腔体中进行等离子体改性，改性工艺参数为：工作气压80Pa，功率100W，工作气体为空气，气体流速为100sccm，改性时间50s。通过改性使碳纳米管表面的缺陷部位产生含氧基团。 步骤B：负载二氧化钛。 具体地，该步骤包括：将改性后的碳纳米管取出，放置在相对湿度为80%的环境中，放置10分钟，再将碳纳米管通入由四氯化钛气体和氮气组成的混合气体中，混合气体中四氯化钛气体的体积百分数为5％，放置4分钟。 四氯化钛水解产生二氧化钛负载在碳纳米管表面，将表面负载有二氧化钛的碳纳米管进行高温处理，其中高温处理过程为：将碳纳米管取出后放入250℃的马弗炉中处理20分钟，其中，高温处理的作用使得无定形的二氧化钛转化成晶态的纳米二氧化钛，同时增强了晶态的纳米二氧化钛与碳纳米管表面缺陷部位之间的结合强度。 步骤C：电镀。 具体地，该步骤包括：将负载有二氧化钛的碳纳米管超声分散于通用的含有金属离子的电镀液中对金属材料进行电镀，其中碳纳米管在电镀液中的含量为0.1g/L。待碳纳米管稳定分散后即可进行电镀，电镀工艺参数为：温度25℃，电流密度3A/dm2，电镀时间30min，所制备的镀层中金属晶粒细化明显，尺寸大约为20.23nm，镀层中没有明显的空隙且相对密度可达84.25%，从而获得高致密性金属基复合镀层，该镀层与碳纳米管不经处理制备的镀层相比，显微硬度提高120%。 电镀液中的金属离子含有镍离子、铜离子和钴离子中的一种或多种。 实施例二 本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，该方法包括： 步骤A：碳纳米管改性。 具体地，该步骤包括：将碳纳米管放入微波等离子体腔体中进行等离子体改性，改性工艺参数为：工作气压1kPa，功率200W，工作气体为空气，气体流速为100sccm，改性时间30s。 步骤B：负载二氧化钛。 具体地，该步骤包括：将改性后的碳纳米管取出，放置在相对湿度为90%的环境中，放置8分钟，再将碳纳米管通入由四氯化钛气体和氮气组成的混合气体中，混合气体中四氯化钛气体的体积百分数为3％，放置5分钟。 四氯化钛水解产生二氧化钛负载在碳纳米管表面，将表面负载有二氧化钛的碳纳米管进行高温处理，其中高温处理过程为：将碳纳米管取出后放入280℃的马弗炉中处理10分钟。 步骤C：电镀。 将负载有二氧化钛的碳纳米管超声分散于通用的含有金属离子的电镀液中对金属材料，其中碳纳米管在电镀液中的含量为0.2g/L。待碳纳米管稳定分散后即可进行电镀，电镀工艺参数为：温度40℃，电流密度2.5A/dm2，电镀时间50min，所制备的镀层中金属晶粒细化明显，尺寸大约为18.52nm，镀层中没有明显的空隙且相对密度可达86.42%，从而获得高致密性金属基复合镀层，该镀层与碳纳米管不经处理制备的镀层相比，显微硬度提高128%。 电镀液中的金属离子含有镍离子、铜离子和钴离子中的一种或多种。 实施例三 本专利技术实施例提供了一种碳纳米管复合镀层的制备方法，该方法包括： 步骤A：碳纳米管改性。 具体地，该步骤包括：将碳纳米管放入微波等离子体腔体中进行等离子体改性，改性工艺参数为：工作气压1kPa，功率200W，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管复合镀层致密性的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：A、碳纳米管改性：将碳纳米管利用含氧的等离子体进行表面改性；B、负载二氧化钛：将改性后的所述碳纳米管放置在相对湿度为80？90%的环境中，放置5？10分钟后，将所述碳纳米管放入由保护气和四氯化钛气体组成的混合气体中，放置3？5分钟后，将所述碳纳米管进行高温处理，处理温度为200？300℃，处理时间为10？20分钟；C、电镀：将高温处理后的所述碳纳米管分散于电镀液中对金属材料进行电镀，即可在所述金属材料表面获得高致密性的碳纳米管金属基复合镀层。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管复合镀层致密性的制备方法，其特征在于，所述制备方法
包括以下步骤：
A、碳纳米管改性：将碳纳米管利用含氧的等离子体进行表面改性；
B、负载二氧化钛：将改性后的所述碳纳米管放置在相对湿度为80-90%的
环境中，放置5-10分钟后，将所述碳纳米管放入由保护气和四氯化钛气体组成
的混合气体中，放置3-5分钟后，将所述碳纳米管进行高温处理，处理温度为
200-300℃，处理时间为10-20分钟；
C、电镀：将高温处理后的所述碳纳米管分散于电镀液中对金属材料进行电
镀，即可在所述金属材料表面获得高致密性的碳纳米管金属基复合镀层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体为微波等
离子体、射频等离子体、直流等离子体或阻挡介质放电等离子体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，利用所述射频等离子体
对碳纳米管进行改性的工艺参数为：工作气压80Pa，功率100W，工作气体为
空气，气体流速为100sccm，改性时间50s。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升高，柳毅，孔曾杰，徐开伟，方小春，王传新，汪建华，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：