纳米SiC在不同表面活性剂中的分散性研究
  频道:表面处理节能减排服务平台  发布时间:2011-11-30
纳米SiC在不同表面活性剂中的分散性研究
张玉峰1,王晓东2,王建成1
(1.武汉军械士官学校,湖北 武汉 430075;2.山西建筑职业技术学院 山西 太原 030006)
Studies on Scatter Function of Nanometer SiC in the Different Surfactants
Z ZHANG Yufeng1; WANG Xiaodong2; WANG Jiancheng1

(1. Wuhan Ordnance Noncommissioned Officer School, Wuhan,430075, China;2.Sanxi Construct Occupation Technique Technolocy Taiyuan,030006,China )

摘要:在 (Ni-P)-纳米SiC复合刷镀液中,分别添加阴离子表面活性剂SDS、阳离子表面活性剂PEI、非离子型表而活性剂OP,研究对SiC分散效果的影响。结果表明,表面活性剂能有效阻止复合刷镀液中颗粒的絮凝、团聚,其用量对复合刷镀液分散效果有显著的影响,当阴离子表面活性剂SDS加入量为0.2g/L,阳离子表面活性剂PEI含量为0.8 g/L时,刷镀液沉降粉体体积最小,添加非离子型表而活性剂OP的分散体系分散效果较差。
关键词:表面活性剂;纳米SiC;分散性
[Abstract] At(Ni-P)-Na rice SiC the compound brush and plate a liquid in, add a surfactants respectively SDS and cation surfactants PEI and non- ion type form but live OP, the research scatters the influence of effect on SiC.Express as a result that surfactants that can effectively keep compound from brushing and plate grain in liquid and family reunion, its dosage brushes and plates liquid dispersion effect and contains the influence to show Zhao towards reuniting, when anion surfactants SDS joins and measures for the 0.2 g/L, cation surfactants the PEI content is a 0.8 g/L, brush and plate a liquid and sink and decline powder body physical volume''s least, added non- ion form but surfactants OP dispersion system asunder the effect is worse.
 [Key words] Surfactants;Nanometer SiC;Dispersity

中图分类号:TQ153;TB333  文献标识码:B 文章编号:
1引言
近年来随着纳米技术的发展,逐渐以纳米级不溶性微粒取代了微米微粒,从而使镀层具有纳米材料的特性,镀层的性能变得更优异。如纳米WC、纳米A12O3、纳米SiC等进入复合刷镀层后,使刷镀层的硬度、耐磨性及耐蚀性都大大提高。含微米级SiC的复合电沉积,刷镀层的硬度较其它微粒复合镀层高很多,SiC属于超硬粒子,采用SiC纳米微粒的复合电刷镀层可获得硬度更高,耐磨性能更好的镀层。但由于纳米SiC粒子大的比表面积和表面能,具有互相团聚以降低其表面能的趋势,同时纳米颗粒在液体介质中无序的布朗运动,也使得颗粒之间极易发生碰撞,从而形成大的团聚体从悬浮液中沉降下来[1]。因此,在纳米SiC复合刷镀中,纳米SiC粒子的分散,镀液的均匀悬浮是非常重要的。通过添加合适的表面活性剂使颗粒表面带上相同电荷或吸附上某种高分子物质,能起到阻止颗粒团聚的作用[2]。本文选择了几种典型类型的表面活性剂,研究了它们对纳米SiC复合刷镀工艺的影响。
2试验
2.1 复合刷镀液
2.1.1  复合刷镀液的组成
   分散体系为复合电刷镀液,其化学组成(镀液为分析纯试剂与蒸馏水配制)见表1。

纳米SiC微粒的物理形态为:直径≤60nm,均匀分散状态,镀前经丙酮清洗,再用热的稀硝酸浸泡2h后,用蒸馏水洗至中性。
选择3种典型表面活性剂,阳离子表面活性剂聚乙烯亚胺(简记为PEI);阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(简记为SDS);非离子型表而活性剂聚氧乙烯醚类(OP)。
2.1.2  复合刷镀液的配制
将各种成分用适量的水溶解,把添加剂混合后,加入已配制好的溶液中,搅拌均匀,用水稀释至规定体积,再用酸或碱液调节pH值至规定值。
称取8g纳米SiC粉体润湿,放入500mL烧杯中,加入电镀液作为分散介质,并磁力搅拌直至完全均匀。用移液管移入适量表面活性剂。
2.1.1  复合刷镀液的沉积试验
把分散好的溶液加入到25mL刻度试管中摇匀、编号。用移液管向不同编号试管中移入不同的表面活性剂,另外放置一组无分散剂的作为对比。按照常用的评价悬浮液稳定性的方法,在粉体质量分数相同的条件下,通过一定时间里观察、测量粉体沉降的体积来说明悬浮液稳定性的好坏,沉降物体积小的分散效果好,当上层悬浮液澄清时停止观察。
2. 2性能检测
表而形貌的检测采用S-520型扫描电子显微镜,观察镀层的表而形态;SiC含量采用金相定量法,以扫描电镜上所得的镀层照片测量镀层中SiC的体积分数[3]。
3实验结果及分析
3.1阴离子表面活性剂SDS含量对分散效果的影响
阴离子表面活性剂SDS加入量对微粒分散效果的影响(见图1)。由图1可见其含量为0.2g/L时,沉降粉体体积有一最小值,从而可以看出,阴离子的表面话性剂SDS可显著地促进WC颗粒的分散,随着表面活性剂SDS的增加,微粒在溶液的分散量有显著的增长。因为阴离子表面话性剂SDS中引入可极化基团(如芳香环等)常有利于微粒的分散,SDS除了较长的烷烃链外苯环的存在对提高微粒的表面电势起到静电稳定作用,有效改善微粒在镀液中的分散,因此SiC微粒在复合镀液中的分散量随表面话性剂的用量的增加而增加。但是,随着阴离子表面活性剂SDS剂量的增大,微粒带的负电荷增加,致使静电排斥力增大,克服了分子链对颗粒之间的搭桥作用,颗粒重新被分散,沉降粉体体积减小,继续增加SDS含量时,过剩的SDS会将颗粒重新絮凝在一起,引起团聚。


图1 SDS含量对分散效果的影响
考察阴离子表面活性剂SDS剂含量对镀层SiC含量影响情况见图1。由图1看出,SDS表面活性剂用量增加时,镀层SiC含量增加。在镀液中阴离子表面活性剂SDS浓度为0.2g/L时,镀层SiC含量达到最大值。这是因用量较少时,SiC微粒的润湿性和分散稳定性较差,难以向阴极迁移,故其沉积量很少[4];但当表面活性剂SDS用量较高时,微粒带的负电荷增加,致使粒子向阴极电迁移的速率下降,甚至向阳极移动,SiC微粒的复合量又下降,含量减少。
3.2 阳离子表面活性剂PEI含量对分散效果的影响
试管底部沉降粉体体积与表面活性剂PEI添加量关系如图2所示。表面活性剂PEI含量为0.8 g/L时,沉降粉体体积最小。

  


  表面活性剂PEI含量在0.8g/L时,SiC颗粒得到了较好的分散,其沉降粉体体积最小值略高于阴离子表面活性剂SDS沉降粉体体积最小值。且由镀层SEM图片看出,此时SiC颗粒粒度分布均匀。由图1得出,沉降粉体体积随着镀液中表面活性剂PEI含量的增加呈先减小后的增大变化。这是因为高分子表面活性剂PEI的长分子链会与纳米SiC颗粒发生搭桥效应,表面活性剂PEI含量少时,会中和分散体系中SiC颗粒表面的异性电荷,导致静电排斥力下降,使得表面活性剂PEI的长分子链很容易将颗粒吸附、搭桥连在一起,引起颗粒絮凝,沉降粉体体积较大,当表面活性剂PEI含量增加时,PEI在颗粒表面发生饱和吸附,颗粒表面电荷量增加,排斥力增大,颗粒易被分散,沉降粉体体积减小[5]。但当表面活性剂PEI用量较高时,其本身有可能产生吸附,使SiC微粒聚集,沉降粉体体积增大,镀层表面质量恶化。
3.3非离子型表而活性剂OP 含量对分散效果的影响
    非离子型表而活性剂OP 含量对分散效果的影响见图3。由图可看出,添加OP的分散体系,其沉降粉体体积最小值,是阴离子表面活性剂SDS和阳离子表面活性剂PEI沉降粉体体积最小值的2~3倍,其分散效果较差,并且SiC颗粒多呈片状絮凝态悬浮于试管中,这可能是由低分子量聚合物OP不能在颗粒表而达到很高的表面覆盖度,从而不能避免OP分子链将溶液中2个或多个颗粒桥连在一起,引起絮凝,加剧团聚。


图3 OP含量与沉降粉体体积的关系
4 结论
在复合镀刷镀(Ni-P)-纳米SiC工艺中,阴离子表面活性剂SDS加入量为0.2g/L,阳离子表面活性剂PEI含量为0.8 g/L时,刷镀液沉降粉体体积最小;添加非离子型表而活性剂OP的分散体系分散效果较差。表面活性剂用量较高时,其本身有可能产生吸附,使SiC微粒聚集,沉降粉体体积增大,镀层表面质量恶化。添加阳离子表面活性剂PEI的刷镀液沉降粉体体积最小值,高于添加阴离子表面活性剂SDS的刷镀液沉降粉体体积最小值。

参考文
[1]刘少友,蒋天智,邹勇.表面活性剂对化学镀镍-磷体系热力学的影响[J].化学工程,2007,35(9):37~40.
[2]王吉会,尹玫.( N i-P)-WC纳米微粒复合电镀的研究[J]. 电镀与精饰,2005,27(1):1~3.
[3] 崔玉顺,朱春霞,李根富.化学复合镀层中固体微粒的金相分析[J].表面技术,1993,22 (3):116~118.
[4] 张文礼,王玉,孙冬柏等.表面活性剂对Ni-P-SiC纳米非晶复合电镀分散效果的研究[J] .电镀与涂饰,2006,25(3):4~7.
[5] 唐宏科,赵文轮.表面活性剂对Ni- Co- PTFE复合电镀的影响[J].宇航材料科学,2006,(3):47~49.

 

 


 


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