鎳包覆二氧化鈦的制備

崔作興， 王 明， 邵忠財， 孟冬梅

（1.遼寧地質工程職業學院，遼寧 丹東118008；2.沈陽理工大學 環境與化學工程學院，遼寧 沈陽110159；3.沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽110869）

0 前言

金屬鎳包覆層具有抗腐蝕、耐磨損、韌性好、應力低等優點，應用前景十分廣闊［1］。本文采用化學鍍法制備鎳-二氧化鈦粉末。以聯氨作為化學鍍鎳的還原劑。首先在粒度較大的二氧化鈦粉末上化學鍍鎳，探討在未經預處理的粉體上化學鍍鎳的可行性。在此基礎上，研究鍍速與鍍液組成及工藝條件的關系，以期得到最佳的鍍液組成及工藝條件。

1 實驗

1.1 化學鍍

將配制好的化學鍍液置于水溶液中預熱。向其中加入一定量的二氧化鈦粉末，水浴加熱。20～30 min時溶液中有氣泡產生，證明反應開始進行。隨著反應繼續進行，溶液的顏色開始由藍變淺，二氧化鈦粉末的顏色由白變黑。當溶液中不再有氣泡產生，溶液的顏色變透明時，反應到達終點。過濾出鍍好的鎳-二氧化鈦粉末，水洗兩遍，醇洗一遍，放入干燥箱中干燥。

1.2 鍍鎳層質量的確定

首先稱出干燥好的濾紙質量，將濾紙和所用二氧化鈦粉末的質量之和記為m1；鍍覆之后，經過濾、干燥，稱出濾紙和鎳-二氧化鈦粉末的質量之和，記為m2，則鍍鎳層的質量m為：

1.3 單因素實驗

選取的9個因素分別為：硫酸鎳（帶6份結晶水）、聯氨、硫脲、溫度、pH值、乙酸鈉、酒石酸鈉、氨水、攪拌速率。固定其他因素不變，只改變一個因素，進行鎳包覆二氧化鈦實驗。單因素實驗基礎配方為［2］：硫酸鎳25g／L，酒石酸鈉20g／L，聯氨100 mL／L，氨 水50mL／L，乙 酸 鈉15g／L，硫 脲1 mg／L，攪拌速率80r／min，溫度90℃，pH值12.5。

2 結果與討論

2.1 硫酸鎳對鍍速的影響

圖1為硫酸鎳的質量濃度對粉末增重的影響。由圖1可以看出：硫酸鎳在鍍液中須保持一個最低量，過低則鍍速很慢；小于30g／L時，鍍速隨硫酸鎳的質量濃度的增加而加快；大于40g／L時，粉末增重變化不大，鍍液的穩定性下降，會沉積到燒杯壁上。又考慮到成本和環保，硫酸鎳的質量濃度不宜過高。因而，硫酸鎳在20～40g／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖1 硫酸鎳的質量濃度對粉末增重的影響

2.2 聯氨對鍍速的影響

圖2為聯氨的體積分數對粉末增重的影響。由圖2可以看出：適當地提高聯氨的體積分數，有利于提高鍍速；但是當聯氨的體積分數過高時，鍍速反而下降。過高的還原速率導致槽液自發分解而報廢，容易出現鎳微粒，增加了施鍍的催化核心，大大降低了鍍液的穩定性。因而，聯氨在80～120mL／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖2 聯氨的體積分數對粉末增重的影響

2.3 硫脲對鍍速的影響

圖3為硫脲的質量濃度對粉末增重的影響。由圖3可以看出：隨著硫脲的質量濃度的升高，鍍速逐漸降低。穩定劑在鍍液中的質量濃度一般是很低的。當其質量濃度超過一定值時，甚至整個反應完全停止。這是因穩定劑遮蓋了催化活性核心所致。但當穩定劑的質量濃度過低時，會在燒杯壁上看到鎳的自發沉積（為一光亮層）。因此，硫脲在0.5～3.0mg／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖3 硫脲的質量濃度對粉末增重的影響

2.4 溫度對鍍速的影響

圖4為溫度對粉末增重的影響。由圖4可以看出：鍍速隨溫度的升高而加快。在特定的pH值下，只有在80℃以上才能達到實際有用的鍍速。文獻［3］指出：溫度升高10℃，鍍速加倍。但在過高的溫度下施鍍需要較多的能量，鍍液組分揮發也多，且穩定性降低。因此，溫度在85～95℃范圍內，鍍覆效果較好。

圖4 溫度對粉末增重的影響

2.5 pH值對鍍速的影響

圖5為pH值對粉末增重的影響。由圖5可以看出：隨著pH值的增大，鍍速加快。在一定的溫度下，鍍速的加快與pH值的升高有略微的線性關系［4］。但較高的pH值易于析出鎳微粒，加速鍍液分解，導致鍍液的穩定性降低。pH值在12.8～13.4范圍內，鍍覆效果好。

圖5 pH值對粉末增重的影響

2.6 酒石酸鈉對鍍速的影響

圖6為酒石酸鈉的質量濃度對粉末增重的影響。由圖6可以看出：鍍速隨酒石酸鈉的質量濃度的增加而降低。酒石酸鈉可以將所有的鎳離子結合成穩定的配合物。這可以從鍍速的減小看出。酒石酸鈉在5～20g／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖6 酒石酸鈉的質量濃度對粉末增重的影響

2.7 氨水對鍍速的影響

圖7為氨水的體積分數對粉末增重的影響。由圖7可以看出：氨水對鍍速的影響不大，整條曲線變化平穩。加入氨水可以防止在用氫氧化鈉調節pH值之前鍍液中出現沉淀。氨水在40～70mL／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖7 氨水的體積分數對粉末增重的影響

2.8 攪拌速率對鍍速的影響

圖8 攪拌速率對粉末增重的影響

圖8為攪拌速率對粉末增重的影響。由圖8可以看出：鍍速隨攪拌速率的加快呈現上升的趨勢，但變化并不是很明顯。鍍液的攪拌并非絕對必要。其他條件保持不變，基體運動可以提高鍍速。但為了獲得均勻的鍍層，保持鍍液的穩定性，不要過分高的攪拌速率。因此，攪拌速率在60～70r／min范圍內，鍍覆效果較好。

2.9 乙酸鈉對鍍速的影響

圖9為乙酸鈉的質量濃度對粉末增重的影響。由圖9可以看出：當乙酸鈉的質量濃度為5～20 g／L時，鍍速基本恒定；大于20g／L時，鍍速急劇下降。緩沖劑的加入量不能過小，否則鍍液的pH值降低太快。乙酸鈉在12～20g／L范圍內，鍍覆效果較好。

圖9 乙酸鈉的質量濃度對粉末增重的影響

3 結論

在無催化活性的粉體（二氧化鈦粉體）表面直接進行化學鍍鎳是可行的。通過單因素方法考察了各因素對鍍速及鍍液穩定性的影響。選取了各因素在鍍覆效果較好時的范圍：硫酸鎳20～40g／L，聯氨80～120mL／L，酒石酸鈉5～20g／L，氨水40～70mL／L，硫脲0.5～3.0mg／L，乙酸鈉12～20 g／L，pH值12.8～13.4，溫度85～95℃，攪拌速率60～70r／min。

［1］李克平，張同俊，李星國，等.激光合成梯度功能材料新工藝的研究［J］.功能材料，1997，28（1）：75-77.

［2］劉汝濤，高燦柱，楊景和，等.影響化學鍍鎳穩定性因素的研究［J］.表面技術，2001，30（1）：10-12.

［3］GUTZEIT G.An outline of the chemistry involved in the process of catalytic nickel deposition from aqueous solution［J］.Plating，1959，46（10）：1 158-1 164.

［4］GAWRILOV G.Chemical nickel plating［M］.Redhill：Portcullis Press Limited，1979.