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化学还原法制备铜包铁粉工艺及性能研究

作 者: 马立涛
导 师: 朱晓云
学 校: 昆明理工大学
专 业: 材料学
关键词: 铜包铁粉 包覆粉末 化学还原 钝化 机理探讨
分类号: TF123.12
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 56次
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内容摘要


包覆粉末是一种新型的涂层材料和粉末冶金材料,它以其独特的性能及众多的品种广泛地用于国防工业、机械制造业、化学工业等领域。包覆粉末在微观上具有多相性,包覆完整性,可按不同需要突出各组分的特点;在宏观上具有均一性,可使产品金相结构非常均匀,大大减少或消除了混合不均匀所造成的产品成分不一,性能不稳定的弊病。本文简要介绍了包覆粉末以及化学镀铜的基本原理,综述了铜包铁粉制备技术的研究现状,以还原铁粉为原料,在碱性化学镀铜体系中制取了外观、松比密度等性能较好的铜包铁粉。对前处理工艺、镀铜工艺、表面改性工艺及铜包铁粉的性能进行了研究,初步分析探讨了碱性化学镀铜的沉积机理,得到以下结论:1.前处理工艺研究表明:前处理工艺是镀铜成败的关键。对基体采取酸洗→碱洗两步前处理后再进行镀铜效果最好。2.络合剂的选择是实现碱性化学镀铜的决定因素。络合剂D与铜的络和较好,最终得到包覆效果较好的铜包铁粉。镀液的pH值对铜包铁粉颜色及化学镀铜速度影响较大,本文采用分段补加氢氧化钠量的方式,使镀铜体系的pH值基本维持在镀铜需要的值。还原剂浓度、镀液温度、主盐浓度对沉积速度以及铜包铁粉颜色影响都较大,进而影响了松装密度和粒度分布。搅拌强度对铜包铁粉的各项性能影响较小。3.确定了较佳的镀铜工艺条件:还原剂浓度,25ml/L;络合剂浓度,100g/L;表面活性剂OP-10浓度,0.03 g/L;主盐浓度,33g/L;镀液温度,45℃;液固比,30;机械搅拌强度:300~500r/min; pH值12-13;氢氧化钠补加次数为4-5次。4.铜包铁粉末后期钝化工艺表明:BTA与PVP协同作用钝化效果较好,其用量分别为BTA,6 g/L;表面活性剂A,4 g/L。钝化温度为50-55℃,处理时间为3mmin。5.铜包铁粉的性能研究表明:含铜量对铜包铁的颜色和粒度影响较大而对铜包铁粉的松装密度影响较小,铜包铁粉的松装密度受基体铁粉的影响较大。耐氧化能力测试表明,理论含铜量为20wt%的铜包铁粉的常温耐氧化能力较好;表面形貌观察表明:基体铁粉表面较为平滑,包覆后呈现出较为明显的颗粒状铜晶体,铜包铁粉的镀层较为均匀,厚度约为447nm。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 粉末冶金与包覆粉末  10-12
  1.2 金属包覆型复合粉末的制备及应用  12-14
    1.2.1 金属包覆型复合粉末的制备  12-13
    1.2.2 金属包覆型复合粉末的应用  13-14
  1.3 化学镀技术发展概述  14-16
  1.4 化学镀铜的应用领域  16-17
  1.5 化学镀铜的溶液组成  17-19
  1.6 化学镀铜的原理  19-22
    1.6.1 化学镀铜的热力学原理  19-20
    1.6.2 化学镀铜的动力学原理  20-21
    1.6.3 化学镀铜的作用机理  21-22
  1.7 化学镀铜的预处理  22-23
  1.8 铜包铁粉制备技术研究现状  23-24
  1.9 本论文的研究目标和研究内容  24-26
第二章 铜包铁粉的制备工序及其性能表征  26-35
  2.1 实验材料及仪器设备  26-29
    2.1.1 基体材料  26-27
    2.1.2 实验仪器及测试设备  27-28
    2.1.3 实验试剂  28-29
  2.2 铜包铁粉的制备工序  29-32
    2.2.1 前处理工艺  29-30
    2.2.2 镀铜工艺及镀液组成  30-32
    2.2.3 表面改性工艺  32
  2.3 铜包铁粉的性能表征及其分析方法  32-35
    2.3.1 表观色泽  32-33
    2.3.2 松装密度  33
    2.3.3 粒度分布  33-34
    2.3.4 常温、高温耐氧化能力  34
    2.3.5 镀层的表面形貌及成分  34-35
第三章 化学镀铜制备铜包铁粉的工艺研究  35-61
  3.1 镀液组成、操作条件及工艺范围  35-36
  3.2 前处理工艺对铜包铁粉性能的影响  36
  3.3 NaOH量对铁粉镀铜的影响  36-40
  3.4 还原剂浓度对化学镀铜的影响  40-43
  3.5 主盐浓度对化学镀铜的影响  43-45
  3.6 镀液中的表面活性剂对化学镀铜的影响  45-53
    3.6.1 OP-10对化学镀铜的影响  47-48
    3.6.2 PEG 6000对化学镀铜的影响  48-50
    3.6.3 PVP对化学镀铜的影响  50
    3.6.4 SDBS对化学镀铜的影响  50-51
    3.6.5 不同表面活性剂时铜包铁粉性能的综合对比  51-53
  3.7 温度对化学镀铜的影响  53-54
  3.8 机械搅拌强度对化学镀铜的影响  54
  3.9 铜包铁粉末后期钝化处理  54-60
    3.9.1 引言  54-55
    3.9.2 试验方案与评价方法  55-56
    3.9.3 钝化结果与讨论  56-58
    3.9.4 钝化机理分析  58-60
  3.10 本章小结  60-61
第四章 铜包铁粉的性能及机理探讨  61-74
  4.1 铜包铜粉的表观色泽  61
  4.2 铜包铁粉的粒度分布  61-63
  4.3 松装密度  63-64
  4.4 铜包铁粉的成分  64
  4.5 铜包铁粉常温抗氧化性  64-65
  4.6 铜包铁粉的高温抗氧化能力  65-66
  4.7 铜包铁粉的表面形貌  66-70
  4.8 镀铜层形成过程和结构  70-71
  4.9 化学还原法制备铜包铁粉与置换法制备的对比  71-72
  4.10 铜包铁粉技术经济分析  72-73
  4.11 本章小结  73-74
第五章 结论及展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-82
附录A:攻读学位期间发表的论文  82

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