木材表面化學(xué)鍍鎳基三元合金的研究.pdf

1、木材是一種天然的有機(jī)高分子材料，雖然其本身具有質(zhì)輕、可再生等優(yōu)異特性，但由于木材本身不具有導(dǎo)電性能，因此，在很多應(yīng)用領(lǐng)域存在局限性。在木材表面賦予一層金屬膜是拓展木材應(yīng)用領(lǐng)域的重要途徑之一，其中，使木材表面得以金屬化修飾最有效的方法就是化學(xué)鍍。雖然近幾年木材表面化學(xué)鍍研究進(jìn)展迅速，但多以銅或二元合金為主，達(dá)到了木材與金屬復(fù)合的目的，賦予材料以新的性能，但銅或二元合金存在耐腐蝕性差等缺點(diǎn)，限制了材料的長久應(yīng)用。因此，開展木材表面化學(xué)鍍耐腐

2、蝕的鎳基三元合金是提高腐蝕性的重要手段。本論文以非洲白梧桐、樺木為基材，以鍍層表面的金屬沉積率和電阻率為參考值，研究鎳基三元合金化學(xué)鍍鍍液的組成，對鍍層特性進(jìn)行分析、表征和性能測試。研究結(jié)果如下:
　　(1)以非洲白梧桐單板為基材，以次亞磷酸鈉為還原劑，經(jīng)硅烷前處理的木材表面化學(xué)鍍Ni-Fe-P三元合金，獲得較優(yōu)前處理?xiàng)l件如下:陳化5h的1.5％的硅烷溶液處理后，于20 mL氯化鈀溶液處理10 min，最后在2g/L次亞磷酸鈉溶液

3、中處理10min;適宜的鍍液組成及其操作工藝條件如下:硫酸鎳45 g/L，硫酸亞鐵銨17.5 g/L，次亞磷酸鈉27.5 g/L，酒石酸鉀鈉70 g/L，硫酸銨40 g/L，pH值9.2，施鍍時(shí)間40 min，施鍍溫度90℃。電磁屏蔽效能測試表明，鍍后單板的電磁屏蔽效能達(dá)到45 dB以上，較非洲白梧桐素材有顯著提高;VSM測試表明，鍍層具有優(yōu)良的磁學(xué)性能;SEM測試得到，鍍后的非洲白梧桐單板表面完全被金屬鍍層所覆蓋，鍍層均勻、連續(xù)、有光

4、澤，并仍具有木材的紋理特征。XPS和EDS測試表明，鍍層中含有Ni、Fe和P三種元素，其中Ni為主要成分，含量高達(dá)92.51％，F(xiàn)e和P的含量相對較少，分別為5.57％和1.92％;XRD測試表明，Ni-Fe-P三元合金鍍層呈晶態(tài)結(jié)構(gòu);結(jié)合強(qiáng)度測試中鍍層與木材沒有完全分離，表明Ni-Fe-P合金鍍層與木材表面結(jié)合強(qiáng)度較高;鍍后單板的初始接觸角為104°，15 s后接觸角僅下降了6°，單板表面由鍍前的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)殄兒蟮氖杷?Ni-Fe-

5、P三元合金鍍層的腐蝕電位為-0.301 V，腐蝕電流為密度為7.58×10-6 A/cm2，腐蝕阻抗為3652.9Ω/cm2，耐腐蝕性明顯高于Ni-P二元合金。
　　以硼氫化鉀堿性溶液對非洲白梧桐單板進(jìn)行前處理的最佳的前處理工藝如下:硼氫化鉀4 g/L，氫氧化鈉3g/L，處理時(shí)間8 min;此法的適宜鍍液和施鍍工藝條件如下:硫酸鎳45 g/L，硫酸亞鐵銨17.5 g/L，次亞磷酸鈉25 g/L，酒石酸鉀鈉70 g/L，硫酸銨25

6、g/L，pH值9.4，施鍍時(shí)間60 min，施鍍溫度90℃;電磁屏蔽效能測試表明，鍍后單板的電磁屏蔽效能達(dá)到50 dB以上，成功獲得木質(zhì)電磁屏蔽材料;VSM測試表明，鍍層具有優(yōu)良的磁學(xué)性能;SEM測試得到，鍍后的非洲白梧桐單板表面完全被金屬鍍層所覆蓋，鍍層均勻、連續(xù)、有光澤，并保留了木材原有的孔隙結(jié)構(gòu)。XPS和EDS測試表明，鍍層中含有Ni、Fe和P三種元素，其中Ni為主要成分，含量高達(dá)93.60％，F(xiàn)e和P的含量相對較少，分別為4.7

7、1％和1.69％。XRD測試表明，Ni-Fe-P三元合金鍍層呈晶態(tài)結(jié)構(gòu);結(jié)合強(qiáng)度測試中鍍層與木材沒有完全分離，說明Ni-Fe-P合金鍍層與木材表面結(jié)合強(qiáng)度較高;鍍后單板的初始接觸角為110°，15 s后接觸角僅下降了2°，單板表面由鍍前的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)殄兒蟮氖杷?Ni-Fe-P三元合金鍍層的腐蝕電位為-0.3610 V，腐蝕電流為密度為7.89×10-6 A/cm2，腐蝕阻抗為4160.9Ω/cm2，此法獲得的鍍層具有比較好的耐腐蝕性。

8、
　　(2)以樺木單板為基材，采用非鈀活化工藝進(jìn)行Ni-W-P三元合金化學(xué)鍍。所得化學(xué)鍍Ni-W-P三元合金的較優(yōu)鍍液及其工藝如下:硫酸鎳22.5 g/L，鎢酸鈉17.5 g/L，次亞磷酸鈉27.5 g/L，檸檬酸鈉25 g/L，乳酸5 g/L，氯化銨30 g/L，pH值8.8，施鍍溫度88℃，施鍍時(shí)間40 min; XPS和EDS測試表明，鍍層含有Ni、W和P三種元素，Ni為主要成分，含量高達(dá)89.80％，W和P的含量相對較少，

9、分別為4.48％和5.72％。;XRD測試表明，Ni-W-P三元合金鍍層屬于微晶態(tài)結(jié)構(gòu);SEM測試得到，鍍后的樺木單板表面鍍層覆蓋均勻，具有金屬光澤，同時(shí)也保留了木材本身的紋理特征;磁屏蔽效能測試表明，鍍后單板的電磁屏蔽效能達(dá)到40 dB以上;結(jié)合強(qiáng)度測試中鍍層與木材沒有完全分離，說明Ni-W-P合金鍍層與木材表面結(jié)合牢固;鍍后單板的初始接觸角為119°，15 s后接觸角僅下降了2°，單板表面由鍍前的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)殄兒蟮氖杷?Ni-W-

10、P三元合金鍍層的腐蝕電位為-0.3400 V，腐蝕電流為密度為2.163×10-6 A/cm2，腐蝕阻抗為20106.5Ω/cm2，耐腐蝕性較Ni-P合金有所提高。
　　(3)以樺木為基材，硅烷前處理后采用鈀活化工藝，得出的較優(yōu)鍍液組成和工藝條件如下:硫酸鎳27.5 g/L，鉬酸銨0.6 g/L，次亞磷酸鈉24 g/L，醋酸鈉12.5 g/L，檸檬酸三鈉27.5 g/L，pH值9.5，施鍍時(shí)間50 min，施鍍溫度85℃;磁屏蔽效

11、能測試表明，鍍后單板的電磁屏蔽效能達(dá)到45 dB以上，與樺木素材相比有明顯提高;SEM測試得到，鍍后的樺木單板鍍層覆蓋均勻，具有金屬光澤，同時(shí)也保留了木材本身的紋理特征。XPS和EDS測試表明，鍍層含有Ni、Mo和P三種元素，Ni為主要成分，含量高達(dá)92.05％，Mo和P的含量較少，分別為6.86％和1.09％。XRD測試表明，Ni-Mo-P三元合金鍍層屬于晶態(tài)結(jié)構(gòu);結(jié)合強(qiáng)度測試中鍍層與木材沒有完全分離，得出Ni-Fe-P合金鍍層與木材

12、表面結(jié)合強(qiáng)度較高;鍍后單板的初始接觸角為115°，15 s后接觸角僅下降了1°，單板表面由鍍前的親水性轉(zhuǎn)變?yōu)殄兒蟮氖杷?Ni-Mo-P三元合金鍍層的腐蝕電位為-0.3010 V，腐蝕電流為密度為4.522×10-6 A/cm2，腐蝕阻抗為8244.0Ω/cm2，耐腐蝕性顯著提高。
　　通過對木材表面化學(xué)鍍鎳基三元合金的研究，獲得了具有耐腐蝕性的木質(zhì)基電磁屏蔽材料，為木材表面金屬化修飾提供了新思路，為木材科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展起到積極的