分散剂对复合镀中氧化铝纳米粉分散性能的影响
曲彦平,姚迪,闫平
(1.沈阳工业大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110178;2.沈阳铸造研究所,辽宁沈阳110022)
[摘 要] 为了使纳米颗粒均匀地悬浮在镀液中从而获得纳米颗粒均匀分布的复合镀层,纳米颗粒的分散问题就显得格外重要。研究了小分子表面活性剂、聚合物表面活性剂对复合镀液中纳米氧化铝的分散性能及复合镀层中纳米氧化铝复合量的影响。通过扫描电镜、能谱分析等技术研究了化学镀(Ni-P)-Al2O3复合镀层的表面形貌。结果表明:阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠与阿拉伯树胶的协同作用对纳米氧化铝的分散效果最好,复合镀层中的纳米氧化铝含量较高。
[关键词] 表面活性剂;复合镀;纳米氧化铝;分散性;复合量
0 引 言
复合镀是指在电镀或化学镀镀液中将纳米颗粒共沉积到金属晶体中。由于它能生产出性能优异的镀层,例如耐腐蚀、抗疲劳以及润滑等,引起了人们极大的兴趣。但是,由于纳米粒子尺寸小、表面能高,具有自发团聚的趋势,在液相介质中受范德华力的作用极易发生团聚,使其优异的性能不能得以充分发挥[1]。特别是在镀液中,由于电解质浓度高,使纳米颗粒的均匀分散更为困难[2]。因此,要想得到均匀分布纳米颗粒的复合镀层,关键是解决纳米颗粒在电解液中的团聚问题。为解决这一难题,必须加入分散剂对纳米颗粒进行表面修饰[3-4]。本文通过对分散剂与纳米氧化铝相互作用的研究,优选合适的分散剂,从而获得纳米氧化铝分散均匀的复合镀层。
1 实验方法
1.1 纳米Al2O3分散体系沉降实验
将配制好的不同分散体系的纳米Al2O3溶液倒入烧杯中超声波振荡0.5h,取20mL倒入试管中,静止放置,观察不同时间下的沉降情况。
1.2 复合镀层的制备
将一定量的纳米Al2O3及分散剂加入到镀液中,超声波振荡0.5h,将镀液放入85℃的恒温水浴中,对Q235钢片进行复合镀实验。纳米粉为浙江材料科技公司生产,平均粒径80nm。镀液的配方见表1。
1.3 镀层形貌观察及纳米氧化铝复合量的测定用日本s-3400型扫描电子显微镜观察镀层形貌;使用EDAX电子能谱仪测定镀层中纳米氧化铝含量。
2 结果与讨论
2.1 小分子型表面活性剂对分散性能的影响
选取2种典型的小分子表面活性剂SDBS(十二烷基苯磺酸钠)和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)作纳米Al2O3的分散剂,其用量对镀层中纳米Al2O3复合量的影响见图1。
由图1可见,使用阴离子型表面活性剂SDBS作分散剂时镀层中纳米Al2O3的复合量明显高于使用阳离子型表面活性剂CTAB。一方面虽然由于镀液呈酸性,使纳米Al2O3颗粒在镀液中带正电,但电势不是很强,加入阴离子型表面活性剂,中和纳米颗粒表面正电荷后,会通过氢键及范德华力等作用吸附到纳米颗粒表面,使之带负电;又因为阴离子表面活性剂本身ζ电位高于阳离子表面活性剂,所以吸附阴离子表面活性剂的纳米Al2O3颗粒间静电斥力较大,如图2,这样对抑制纳米颗粒间团聚的效果好,使更多的纳米Al2O3颗粒与基体金属发生弱吸附,克服重力作用而被进一步沉积的金属包裹进入镀层[5]。
