[发明专利]一种在碳或碳纤维表面覆盖金属铬的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料表面工程技术领域，具体涉及一种在碳或碳纤维表面覆盖金属铬的方法。

背景技术

碳纤维主要是有机纤维在惰性气体、高温(1000℃-3000℃)的条件下，利用高温分解碳化制成的，它是化学组成当中含碳元素的质量分数高于90％的特种纤维。碳纤维由于具有耐疲劳、耐高温、高模、高强、导电、导热等特性，而被广泛地应用在航空航天、导电纸、土木建筑、能源等领域。但碳纤维很少单独使用，它常常被用作增强材料添加到金属、树脂、陶瓷等材料当中，通过多种的成型工艺而制成新型的复合材料。

对碳或碳纤维增强金属基复合材料，由于碳的非金属性，使其与金属的结合成为该类复合材料发展的瓶颈。因为该复合材料的界面结合是以机械结合为主的物理结合，这种界面结合较弱，承受载荷时往往造成碳纤维的拔出、剥离或脱落，限制了复合材料的性能，为此要制备具有优良物理性能、力学性能的复合材料其关键在于改善金属基体与碳增强体之间的润湿性，获得稳定、优良的界面。目前主要通过金属基体合金化或碳增强体的表面涂覆处理两个途径来改善润湿性。最常见的碳纤维表面涂覆处理方法包括化学镀、电镀以及磁控溅射法等。化学镀的过程就是还原剂把金属离子从盐中还原出来的过程，被还原出来的金属单质附着在镀件表面，形成镀层。鉴于镀液性能、工艺控制等因素限制，镀层质量难以保证；磁控溅射法是电子在电场的作用下与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar离子；Ar离子轰击靶表面，使靶材发生溅射。中性的靶原子或分子沉积在基片上形成薄膜。磁控溅射法制备工艺复杂，成本较高，不利于大规模生产，因此现在的研究大多停留在实验室阶段；电镀则是把待镀件作阴极，发生还原反应，通电后控制电流密度，使阴极形成镀层。相较化学镀和磁控溅射法而言，电镀技术工艺简单且易于控制，施镀层厚度还可以通过调节工艺参数得以改善。

众所周知，在金属表面电镀金属比较成熟，在非金属表面电镀金属也有所报道，但在碳或碳纤维表面电镀金属铬则比较难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种在碳或碳纤维表面覆盖金属铬的方法，铬层均匀、可控，与碳或碳纤维的界面结合强度高。

本发明所采用的技术方案是，一种在碳或碳纤维表面覆盖金属铬的方法，首先对碳或碳纤维进行表面预处理，包括去油或去胶、粗化、中和、敏化以及活化，然后对表面预处理后的碳或碳纤维进行电镀以及焙烧处理，即得。

本发明的特点还在于，

碳表面首先进行去油处理：用丙酮对碳进行去油处理，温度为室温，时间为30～80min，最后用去离子水反复清洗至中性。

碳纤维表面首先进行去胶处理：采用热空气-液相联合氧化法对碳纤维表面进行除胶处理；将碳纤维在加热炉中进行热空气氧化处理，氧化温度为340～440℃，氧化时间为10～50min，然后随炉冷却至室温；再用丙酮进行液相氧化，氧化温度为室温，氧化时间为30～80min，最后用去离子水反复清洗至中性。

粗化的具体操作过程如下：将经过去油或去胶后的碳或碳纤维浸入浓度为69％的HNO₃溶液中水浴加热煮沸进行粗化，粗化温度为80℃～100℃，粗化时间为5～20min，然后用去离子水反复清洗。

中和的具体操作过程如下：将粗化后的碳或碳纤维放入浓度为10％的NaOH溶液中浸泡20～40min，中和残留在碳或碳纤维表面多余的HNO₃溶液，碳纤维应呈均匀分散状态沉于烧杯底部，否则必须重新进行粗化处理，直到达到要求为止，然后用去离子水反复清洗至中性。

敏化的具体操作过程如下：称取5～10g SnCl₂，溶解在25～40mL10％的稀盐酸中得到敏化液，将中和后的碳或碳纤维放入敏化液中进行敏化处理，室温下搅拌敏化3～10min，然后用去离子水冲洗或者离心脱水法去除碳或碳纤维表面残留的敏化液。

活化的具体操作过程如下：称取0.05～0.1g PbCl₂，溶解在0.05～0.1mL37％的浓盐酸中得到活化液，将敏化后的碳或碳纤维放入活化液中进行活化处理3～15min，活化温度为15～30℃，然后用去离子水冲洗或者离心脱水法去除碳或碳纤维表面残留的活化液，最后在40℃的干燥箱干燥1h。