一种SMC材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法与流程

本发明涉及smc材料表面处理技术领域，尤其是涉及一种smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法及其应用.

背景技术：

smc(sheetmoldingcompound)材料即为片状模塑料，主要由玻纤、不饱和树脂、填料、添加剂及助剂组成，属于热固性树脂基复合材料，产品成型采用热模冷压的模压工艺，制品具有优良的电绝缘、轻质高强、阻燃、无毒等特性，广泛应用于交通运输、建筑、电气、通信、餐饮等各个领域，其中在汽车工业应用量最大。

smc材料生产过程中由模压料制造和模压工艺两个阶段组成，模压料阶段是将除纤维以外的其他所有成分混合在一起，制成料糊，再用这些料糊浸渍纤维，制成片状模塑料。片状模塑料经过剪切、加料、模压成型、后处理等工序制成产品。因模压料中加入填料碳酸钙、水合氧化铝、氧化镁、滑石粉等，致使smc材料的耐磨、耐腐蚀性能差，抗冲击能力弱，根本不导电。

因smc材料不导电、耐磨、耐腐蚀性能差，薄壁制品受外力冲击时易断裂及损坏，限制了进一步的应用，若在其表面镀金属或合金使表面改性，在保持原有特性的基础上提高耐磨、耐腐蚀及抗冲击性能,延长使用寿命，并作为导电材料使用，其应用领域更加广泛。

因此，现需要构建一种利用非金属材料表面改性的方法，使smc制品表面改性提高其功能，虽然非金属材料表面改性方法许多，如真空镀、离子溅射、喷涂等，但化学镀层厚度均匀，具有较高硬度，良好耐磨、耐腐蚀性能，即使对于结构形状复杂的器件，也能在其表面镀上一层均匀的金属或合金，是非金属材料表面改性的重要方法，现在利用化学镀技术，探索在smc材料表面镀一层镍磷合金，可以解决上述遇到smc制品不导电、耐磨、耐腐蚀性能差等一系列问题，提高其耐磨、耐腐蚀及抗冲击性能,延长使用寿命，并作为导电材料使用，其应用领域更加广泛。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法和通过该方法制备的材料及其应用。

化学镀又称为自催化镀，是在没有外加电流通过的情况下，利用施镀过程中进行的氧化还原反应，将溶液中的金属离子在呈现催化活性中心基材表面进行有选择地还原沉积，使之形成金属合金镀层，对基材进行表面改性的一种工艺方法，施镀后的基材在许多方面表现出优越的性能。

一种smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法，包括如下步骤：

(1)镀件预处理：

将待镀smc材料表面打磨，然后浸泡在1mol/l的碳酸钠溶液中，加热至40℃，浸泡时间10min，除去其表面的油污及胶膜，然后用蒸馏水清洗干净；

(2)敏化处理：

将预处理过的待镀smc材料置于敏化液中，30℃条件下处理5min，使基材表面吸附容易还原sn²⁺，取出基材用蒸馏水清洗干净；

(3)活化处理：

将敏化处理的待镀smc材料放入活化液中，利用吸附在基材表面的sn²⁺将pd²⁺还原为pd，形成金属pd微粒催化结晶中心；在40℃的活化液中处理10min即可；

(4)还原处理：

将活化处理过的未清洗待镀smc材料，放入18g/l次亚磷酸钠溶液中进行还原处理，30℃条件下还原处理2min，利用次亚磷酸钠的强还原能力，使基材表面未被还原的pd²⁺完全还原，然后取出smc材料用蒸馏水冲洗干净；

(5)施镀：

根据smc材料面积选择适宜的镀镍磷合金容器，先倒入镀液a再倒入镀液b，并用浓氨水或盐酸调节ph值；只要镀液b倒入镀液a中，氧化还原反应即刻进行，因此镀液b倒入镀液a后，应将还原处理过的smc材料立即放入镀液中，施镀装载量控制在1.0～1.5dm²/l,控制镀液的温度及ph值，化学镀镍磷合金即可进行，施镀过程中应不断搅拌，使镀液浓度均匀，并使化学镀过程中产生的气泡逸出，施镀时间控制在40min；

(6)处理

施镀完成后取出smc镀件用无水乙醇洗涤，除去镀件表面沉积的杂质，干燥处理后即可。

优选地，步骤(2)中，敏化液为6gsncl2溶解于20ml浓盐酸后，用蒸馏水稀释至500ml，并在配制好的sncl2溶液中加入锡粒防止sn²⁺氧化。

优选地，步骤(3)中，活化液配制方法为0.5g氯化钯完全溶解于6ml浓盐酸，然后用蒸馏水稀释至500ml。

优选地，步骤(5)中，化学镀液配置方法为：按照镀液组成准确称量各种物质，除nah2po2·h2o外，用少量蒸馏水分别将各种物质溶解，依次将缓冲剂(醋酸钠)、络合剂(丁二酸、柠檬酸)、稳定剂等溶液倒入主盐niso4·6h2o溶液中搅拌均匀，作为镀液a；然后再将还原剂nah2po2·h2o单独溶解作为镀液b；按照化学镀液配方要求控制镀液体积，用蒸馏水稀释至需要的体积。

优选地，smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺条件为：镀液温度控制在65(±5)℃，ph值为4.5～5.0。

优选地，smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺条件为：ni²⁺/h2po2^-摩尔浓度比值0.35(±0.05)，施镀时间为40(±10)min。

优选地，其特征在于，

化学镀液配制方法：niso4·6h2o24g/l，nah2po2·h2o28g/l，ch3coona26g/l，c4h6o4(丁二酸)15g/l,c6h8o7·h2o(柠檬酸)10g/l,稳定剂少量。

优选地，施镀过程中进行的化学反应式为：

3h2po2^-+2h⁺→2p↓+3h2po3^-+3h2o

h2po2^-+h2o→h2po3^-+h2↑

本发明还提供上述利用一种smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法制备的材料。

一种smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法制备的材料，在导电材料、工程材料、功能材料等领域的应用。

本发明优点为：

(1)采用化学镀镍磷合金使smc材料表面镀层致密、均匀、光亮

(2)提高smc材料耐磨、耐腐蚀性

(3)smc材料导电能力增强，可作为导电材料使用

(4)拓宽smc材料的使用领域，并有较好的经济效益

附图说明

图1smc材料表面化学镀镍磷合金工艺流程框图

图2镀液温度对镀层质量影响的实验结果图

图3镀液ph值对镀层质量影响的实验结果图

图4ni²⁺/h2po2^-摩尔浓度比对镀层质量影响的实验结果图

图5smc镀件及未镀件磨擦实验数值图

图6smc镀件导电性实验结果图

图7smc未镀件导电性实验结果图

图8镀件场扫描电镜平面图

图9镀件场扫描电镜侧面图

图10镀件透射电镜图

图11镀件透射电镜图

具体实施方式

本发明的以下实施例仅用来说明实现本发明的具体实施方式，这些实施方式不能理解为是对本发明的限制。其它的任何在未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均视为等效的置换方式，落在本发明的保护范围之内。

smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺方法基础步骤如下，后面工艺条件实验都是在此基础上进行试验。

(1)镀件预处理：

将待镀smc材料表面打磨，然后浸泡在1mol/l的碳酸钠溶液中，加热至40℃，浸泡时间10min，除去其表面的油污及胶膜，然后用蒸馏水清洗干净；

(2)敏化处理：

将预处理过的待镀smc材料置于敏化液中，30℃条件下处理5min，使基材表面吸附容易还原sn²⁺，取出基材用蒸馏水清洗干净；

(3)活化处理：

将敏化处理的待镀smc材料放入活化液中，利用吸附在基材表面的sn²⁺将pd²⁺还原为pd，形成金属pd微粒催化结晶中心；在40℃的活化液中处理10min即可；

(4)还原处理：

将活化处理过的未清洗待镀smc材料，放入18g/l次亚磷酸钠溶液中进行还原处理，30℃条件下还原处理2min，利用次亚磷酸钠的强还原能力，使基材表面未被还原的pd²+完全还原，然后取出smc材料用蒸馏水冲洗干净；

(5)施镀：

根据smc材料面积选择适宜的镀镍磷合金容器，先倒入镀液a再倒入镀液b，并用浓氨水或盐酸调节ph值；只要镀液b倒入镀液a中，氧化还原反应即刻进行，因此镀液b倒入镀液a后，应将还原处理过的smc材料立即放入镀液中，施镀装载量控制在1.0～1.5dm²/l,控制镀液的温度及ph值，化学镀镍磷合金即可进行，施镀过程中应不断搅拌，使镀液浓度均匀，并使化学镀过程中产生的气泡逸出，施镀时间控制在40min；

(6)处理

施镀完成后取出smc镀件用无水乙醇洗涤，除去镀件表面沉积的杂质，干燥处理后即可。

smc材料表面化学镀镍磷合金工艺条件实验

影响smc材料表面化学镀镍磷合金镀层质量的因素较多，如镀液温度、镀液ph值、ni²⁺/h2po2^-摩尔浓度比值及络合剂选择等，经过多次实验研究，确定smc材料表面化学镀镍磷合金的工艺流程及操作条件：镀液温度控制在65(±5)℃，ph值为4.5～5.0，ni²⁺/h2po2^-摩尔浓度比值0.35(±0.05)，施镀时间为40(±10)min，可以得到致密、均匀、光亮的ni-p合金镀层。

实施例1

镀液温度对镀层质量影响的实验

实验发现镀液温度低于35℃时，施镀困难，镀液温度45℃以上时，镀件表面出现较多气泡，镍磷合金沉积速度加快，加热至80℃以上时，镀液开始浑浊，镀液稳定性变差，镀层的结合力变弱，温度从45℃至80℃以上镀层增重率持续增长，65℃以下增长较快，超过65℃以上增长变缓。结果表明，施镀温度控制在65℃左右为宜。实验结果如图2所示。

实施例2

镀液ph值对镀层质量影响的实验

实验发现镀液ph值越低，镍磷合金沉积速率越小，镀液ph＜3时，沉积反应停止，无法有效施镀；镀液ph值越高，沉积速度越大，镀层增重率增加，但镀液中与ni²⁺容易形成亚磷酸镍或氢氧化镍沉淀使镀液浑浊，而且镀层变得粗糙并夹带镀液中的沉淀物共沉积，使镀层结合力变差，并容易引发镀液分解。结果表明，镀液ph值控制在4.5～5.0为宜。如图3所示。

实施例3

ni²⁺/h2po2^-摩尔浓度比对镀层质量影响的实验

实验发现相对于主盐硫酸镍而言，次亚磷酸钠对沉积速度及镀层质量的影响更加显著，镀液中次亚磷酸钠含量低于30g/l时，沉积速度随其含量的增加迅速提高，超过30g/l时，沉积速度降低。ni²⁺/h2po2^-比小于0.25时，镀层变暗；ni²⁺/h2po2^-比值大于0.6时，沉积速度较低施镀困难。结果表明，ni²⁺/h2po2^-比控制在0.35左右时，镍磷合金的沉积速度较高，可得到均匀光亮的镀层。实验结果如图4所示。

实施例3

其他因素对镀层质量的影响试验

实验发现镀液加入次亚磷酸钠溶液时，氧化还原反应即可发生，若未加入基体(即空载)时间过长会引起镍离子自身还原形成镍微粒，引发镀液分解，因此镀液加入次亚磷酸钠后，应尽快放入基体施镀。此外络合剂的加入及选取，对于镍磷合金的沉积速度及镀层质量也有影响，络合剂丁二酸及柠檬酸为多官能团络合剂与镍离子形成络合物，控制镀液中镍离子反应浓度，而丁二酸又具有降低镍磷合金析出反应活化能，加速沉积速度的作用，因此镀液中丁二酸的含量既不能过量也不能过低。

采用下述试验验证本发明效果：

依据smc材料表面化学镀镍磷合金工艺控制条件，进行smc材料表面化学镀镍磷合金，选择其镀件进行性能检测。

⑴耐磨性试验

选取smc镀件及未镀件试样准确称量后，分别放在标准no·180^#耐水砂纸上，试样上放100g砝码，沿砂纸长边长度推动进行耐磨试验，记录磨擦次数及试样质量，计算磨擦损失率，与未镀件相比镀件的耐磨性能提高显著。实验结果如图5所示。

w1---试样磨擦前质量，g

w2---试样磨擦后质量，g

⑵导电性试验

利用chi660e型电化学工作站检测smc镀件及未镀件的导电性能，结果表明未镀件的阻抗数值很大无导电能力，镀件的阻抗数值很小，导电性能良好，可以作为导电材料应用。实验测试结果如图6、7所示。

⑶耐腐蚀性试验

将smc镀件及未镀件分别放入不同溶液中浸泡一定时间进行耐腐蚀性实验检测，记录smc镀件及未镀件在不同溶液、不同浸泡时间的质量损失，计算镀件及未镀件的腐蚀率，实验结果表明smc镀件与未镀件相比，镀件的耐腐蚀性增强。25℃各种溶液中镀件及未镀件的腐蚀结果如表1.

w1---试样腐蚀前质量，g

w2---试样腐蚀后质量，g

表125℃各种溶液中镀件的腐蚀结果

⑷场扫描电镜及透射电镜检测

smc镀件经场发射扫描电镜sigma500vp(zeiss德国蔡司)检测，镀层致密、光亮、均匀，镀层厚度大于10μm；jem-2100plus透射电镜(jeol公司)检测，其衍射图无晶格条纹，衍射环周围无衍射光点，表明smc镀件镍磷合金为非晶态结构，该结构有利于提高镀件的耐磨、耐腐蚀性能。测试结果如下图8、9、10、11所示。

虽然本发明已作了详细描述，但对本领域技术人员来说，在本发明精神和范围内的修改将是显而易见的。此外，应当理解的是，本发明记载的各方面、不同具体实施方式的各部分、和列举的各种特征可被组合或全部或部分互换。在上述的各个具体实施方式中，那些参考另一个具体实施方式的实施方式可适当地与其它实施方式组合，这是将由本领域技术人员所能理解的。此外，本领域技术人员将会理解，前面的描述仅是示例的方式，并不旨在限制本发明。