电沉积镍包石墨粉体效率的研究

粉体电镀是特殊的复合电镀。复合电镀都是将溶液中的一些金属离子或者合金离子直接电镀到作为阴极的材料上，镀层起到装饰、防腐、耐磨等作用。粉体电镀在复合电镀的基础上，要求更高、工艺更复杂，将这些离子电镀到悬浮在溶液中的粉末表面。这些粉末大都是微米级的。粉体电镀的特点，决定了这一方法的难题：阴极效率不高、阴极析氢过于严重、粉末太轻且不溶于水，不容易分散在镀液中，导致石墨颗粒不能接触阴极等等。镍包覆石墨复合粉体是利用瓦特性镀镍液在微米级石墨粉上电镀上一层包覆完全的镍涂层。这种粉末在硅橡胶、氢镍电池、电磁波材料等领域有极其广泛的应用。相对一般金属来说，镍的析出电位较负，阴极即便有再大的极化也是很容易将镍直接沉积到阴极板上，而不是包覆在石墨粉上，这就要求我们寻找一种合适的阴极材料；由于粉末电镀属于高速电沉积，它要求有很大的阴极电流密度，阳极的钝化会限制阴极电流密度的输出，另外大电流电镀会引起阴极板上大量析出氢而降低粉体电镀的电流效率，如何降低析氢和阴极板上的镍沉积，增强石墨粉体上的电沉积效率，值得深入地研究。为此，本文从电解液的组成、表面活性剂、阳极过程和阴极过程等方面对镍包覆石墨复合粉体的电沉积机理和工艺进行了详细地研究。通过SEM、EDX等方法对复合粉体进行了形貌的表征和成分的分析，获得了如下有价值的结果：（1）分别设置平行实验和对比实验，得出制备镍包石墨粉工艺中，最佳pH与最适宜表面活性剂。结果显示，使用pH2.0的电解液，石墨粉体对阳离子的吸附量最多，石墨粉体带正电，有利于向阴极移动。在电解液中加入0.075g dm^-3十二烷基硫酸钠，0.075g dm^-3的烷基酚与环氧乙烷的缩合物（OP10），有助于分散石墨粉，同时，有助于减少阴极板上金属的析出。（2）使用不同金属材料作为阴极（不锈钢和铌）在不同主盐浓度时进行极化曲线测量，得出不同材料时的主盐浓度，使电镀过程完成之后，阴极板上沉积的镍量最少，电流效率最大。不锈钢作为阴极时的主盐浓度应该选择100g dm^-3，铌材料作为阴极时的主盐浓度应该选择200g dm^-3。（3）对次亚磷酸钠在电镀过程中的作用和机理做了研究。随着次亚磷酸钠含量的增高，阴极极化变大。这有利于镍在石墨粉上的沉积。并且随着温度的升高，次亚磷酸钠在电解液中的氧化行为变快。次亚磷酸钠在镀镍配方中的含量为35g dm^-3较为合适。（4）用阴极电流效率间接表示镀镍石墨粉的电流效率，较适宜的阴极电流密度为40A dm2，较适宜的镀液温度是5060℃。（5）采用200g dm^-3NiSO46H2O，40g dm^-3NiCl26H2O，30g dm^-3H3BO3，0.075g dm^-3十二烷基硫酸钠，0.075g dm^-3OP10，3g dm^-3次亚磷酸钠， pH2.0的电解液，石墨装载量10g dm^-3。在60℃，0.4A cm2，使用间歇搅拌电镀法循环周期模式为电镀（3min）——搅拌（2min，800r min1）——沉降（2min）。有效电镀时间为30min时，获得的镍包石墨粉体镀层厚，包覆率高（>70%），镍含量较高（>55wt.%），镀层中的磷含量较低（<1%）。本论文首次研究了石墨粉体电镀镍的电流效率的影响因素，开发了石墨粉体电镀镍的工艺，获得的镍包石墨粉体产品质量高，生产工艺环保，能为将来生产物美价廉的产品打下了坚实的理论基础。