纳米螺旋碳纤维表面Ni-Co-B、Ni-Fe-B、Ni-Fe-Co-B涂层的研究

论文摘要

纳米碳纤维是一种新型碳材料，由于其具有优异的物理、化学性能，在结构增强材料、微波吸收材料和电磁屏蔽材料等领域有着广阔的应用前景，近几年得到了广泛的研究。为了进一步提高纳米碳纤维的电磁性能，增强其与金属、陶瓷基体的界面结合强度，本文采用化学镀的方法在其表面沉积Ni-Co-B，Ni-Fe-B，Ni-Fe-Co-B合金涂层。本文主要内容分为两个部分：首先，采用铁片作基体，用化学镀方法在碱性水溶液中制备了Ni-Co-B，Ni-Fe-B，Ni-Fe-Co-B等三个多元合金镀层。镀液是以硫酸镍、硫酸钴、硫酸亚铁铵为主盐，二甲基胺硼烷为还原剂，柠檬酸钠、酒石酸钾钠为络合剂。采用增重法计算化学镀反应的沉积速率，研究了金属盐浓度比率、还原剂浓度，镀液pH值，对镀层沉积速率及成分的影响，找出了最佳镀液配方及工艺条件。其次，利用优化的工艺配方在经过敏化、活化处理后的纳米螺旋碳纤维表面沉积Ni-Co-B，Ni-Fe-B，Ni-Fe-Co-B合金涂层。研究了涂覆合金涂层的纳米碳纤维的形貌，涂覆Ni-Co-B纳米碳纤维的磁学性能及其与环氧树脂复合材料的吸波性能。采用扫描电子显微镜观察涂层形貌，能量色散X射线能谱仪分析涂层成分，X射线衍射仪分析涂层合金结构，振动样品磁强计测试涂层磁学性能，远场雷达散射截面吸波材料反射率测量系统测试涂覆Ni-Co-B纳米碳纤维与环氧树脂复合材料的吸波性能。利用扫描电子显微镜观察发现在纳米螺旋碳纤维表面获得连续、均匀的合金涂层。涂层磁学性能主要研究了由金属盐浓度不同，导致涂层成分不同，对化学镀后碳纤维磁性的影响。利用振动样品磁强计测量涂覆Nj-Co-B涂层的纳米碳纤维的最优磁性能矫顽力Hc为43.7kA·m-1，剩余磁化强度Br为9.2Am2·kg-1。利用远场雷达散射截面反射率测量系统测试材料的吸波性能，发现在8～18GHz频段存在明显的吸收峰，吸收峰对应的频率为11.8GHz。雷达吸收的分贝数为．20.07dB，雷达散射截面缩减百分数为99％。涂覆Ni-Co-B合金的纳米碳纤维与环氧树脂复合材料在11～14GHz频段具有良好的电磁波吸收性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 纳米碳纤维的概述
• 1.2.1 纳米碳纤维的结构
• 1.2.2 纳米碳纤维的制备方法
• 1.2.3 纳米螺旋碳纤维的性质及应用
• 1.3 纳米螺旋碳纤维的表面金属化
• 1.4 化学镀的历史及现状
• 1.5 化学镀原理及应用
• 1.5.1 化学镀反应基本原理
• 1.5.2 化学镀的影响因素
• 1.5.3 化学镀Ni-B合金基本原理与特点
• 1.5.4 化学镀Co-B合金
• 1.5.5 化学镀Fe-B合金
• 1.5.6 化学镀Ni-Co-B、Ni-Fe-B合金
• 1.6 本课题的国内外研究现状
• 1.7 本课题的目的及意义
• 第二章 纳米碳纤维化学镀Ni-Co-B涂层
• 2.1 实验仪器与试剂
• 2.2 化学镀镍钴硼的工艺流程及镀液配制
• 2.2.1 化学镀镍钴硼的工艺流程
• 2.2.2 试样的预处理
• 2.2.2.1 酸洗
• 2.2.2.2 弱浸蚀
• 2.2.3 化学镀镍钴硼的镀液配制
• 2.3 沉积速率的测定
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 金属盐浓度的比率对沉积速率的影响
• 2.4.2 二甲基胺硼烷浓度对沉积速率的影响
• 2.4.3 镀液pH值对沉积速率的影响
• 2.4.4 优化的镀液配方及工艺
• 2.5 纳米碳纤维的Ni-Co-B化学镀
• 2.5.1 纳米螺旋碳纤维的前处理
• 2.5.2 纳米碳纤维的Ni-Co-B化学镀涂层分析
• 2.5.3 纳米碳纤维化学镀Ni-Co-B涂层形貌
• 2.5.4 纳米碳纤维化学镀Ni-Co-B涂层XRD分析
• 2.5.5 化学镀Ni-Co-B后纳米螺旋碳纤维的磁性能
• 2.5.6 化学镀Ni-Co-B后纳米螺旋碳纤维的吸波性能
• 2.6 小结
• 第三章 化学镀Ni-Fe-B合金工艺研究
• 3.1 化学镀镍铁硼的工艺流程
• 3.2 化学镀镍铁硼的镀液配制
• 3.3 沉积速率的测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 金属盐浓度比值对沉积速率的影响
• 3.4.2 还原剂二甲基胺硼烷浓度对沉积速率的影响
• 3.4.3 镀液pH值对沉积速率的影响
• 3.4.4 优化的镀液配方及工艺
• 3.5 纳米碳纤维的Ni-Fe-B化学镀
• 3.5.1 纳米碳纤维的Ni-Fe-B化学镀涂层分析
• 3.5.2 纳米碳纤维化学镀Ni-Fe-B涂层的形貌
• 3.5.3 纳米碳纤维化学镀Ni-Fe-B涂层XRD分析
• 3.6 小结
• 第四章 化学镀Ni-Fe-Co-B合金工艺研究
• 4.1 化学镀镍铁钴硼的工艺流程
• 4.2 化学镀镍铁钴硼的镀液配制
• 4.3 沉积速率的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 金属盐浓度比值对沉积速率的影响
• 4.4.2 还原剂二甲基胺硼烷浓度对沉积速率的影响
• 4.4.3 镀液pH值对沉积速率的影响
• 4.4.4 优化的镀液配方及工艺
• 4.5 纳米碳纤维的Ni-Fe-Co-B化学镀
• 4.5.1 纳米碳纤维的Ni-Fe-Co-B化学镀涂层分析
• 4.5.2 纳米螺旋碳纤维化学镀Ni-Fe-Co-B涂层的形貌
• 4.5.3 纳米螺旋碳纤维化学镀Ni-Fe-Co-B涂层XRD分析
• 4.6 小结
• 论文总结
• 一、铁片表面的化学镀
• 二、纳米螺旋碳纤维表面的化学镀及其磁学、吸波性能
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文