有色金属科学与工程  2011, Vol. 2 Issue (3): 28-31
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刘柏雄, 钟素文. 电沉积法制备泡沫镍的研究[J]. 有色金属科学与工程, 2011, 2(3): 28-31. DOI:.
LIU Bai-xiong, ZHONG Su-wen. Nickel Foam Production by Electro-deposition[J]. Nonferrous Metals Science and Engineering, 2011, 2(3): 28-31.DOI: .
电沉积法制备泡沫镍的研究[PDF全文]
刘柏雄, 钟素文    
江西理工大学工程研究院，江西 赣州 341000
作者简介：刘柏雄（1979－），男，讲师, 在读博士，主要研究方向为新型金属材料，E-mial：liu-micro@126.com
收稿日期：2011-04-08
摘要：泡沫镍是泡沫金属中重要的一种，它因具有良好的透流体性能、电磁屏蔽性能、吸音性能、抗冲击性能而广泛用于各个领域，尤其是军工领域.本实验通过研究粗化时间对泡沫镍空隙率的影响、硫酸铜含量对化学镀铜镀速的影响、硫酸铜含量对均镀能力的影响以及氯离子和电镀温度对电镀镍的影响等方面工作，制备出孔隙率较高、孔型容易控制和通孔的泡沫镍.
关键词：电沉积    泡沫镍    粗化    孔隙率    
Nickel Foam Production by Electro-deposition
LIU Bai-xiong, ZHONG Su-wen    
Engineering Research Institute, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China
Abstract: Due to its good properties of fluid penetration, electromagnetic shielding, sound -absorbing, impact resistance, nickel foam is widely used in fields like military industry. This paper studies the effects of coarsening time, copper sulfate content, plating temperature and the chloride ion impacting on nickel-plating. Nickel foam with high porosity rate, easily-controlled porosity shape is produced.
Key words: electro-deposition    nickel foam    coarsening    porosity rate    

多孔泡沫金属是一种新型多功能材料[1]，由于它结构的独特性和性能的优越性，在工业中有着广泛的应用前景，且前景相当乐观[2-4].泡沫镍是泡沫金属中重要的一种，它具有良好的透流体性能、吸音性能等，因而泡沫镍可用作金属过滤器、音响设备中的扬声器纸盒、脉冲电源等的电波屏蔽材料等[5-9].泡沫镍能提高电池的性能，且应用较早；在泡沫镍骨架上均匀地烧结一层镍粉，以扩大表面积，所得的Ni-Cd电池的电极气液分离好、过电压低，能效可提高90%.用泡沫镍增强铝合金活塞可大大提高活塞的使用寿命.此外，泡沫镍在化工设备中也有很好的应用前景.泡沫镍的制备方法有熔融金属发泡法、渗流法、中空球颗粒加入法、熔模铸造法等[10-13]，但电沉积法制备的泡沫镍因孔隙率较高、孔型容易控制、通孔等特点而具有特殊的使用价值.

由本文采用“高铬液粗化→氯化锡盐敏化→硝酸银活化→甲醛还原→化学镀铜→高温烧结”工艺路线制备空隙率高、通孔泡沫镍，研究各工艺对制备的影响，以期对制备泡沫镍具有较强的指导意义.

1 试验材料及方法

本试验采用的原料如表 1所示.

表1 试验所需药品
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采用“高铬液粗化→氯化锡盐敏化→硝酸银活化→甲醛还原→化学镀铜→高温烧结”工艺路线制备泡沫镍.

2 试验结果与分析 2.1 粗化时间的影响

粗化时间为4min、2min对泡沫镍空隙率影响分别见图1（a）,图 1（b）.

图 1 不同粗化时间对泡沫镍空隙率影响

做为骨架的聚氨脂泡沫材料呈网状结构，且厚度只有5mm，在强腐蚀性的粗化液中极易溶解，因此不能按常规ABS镀的粗化条件来进行粗化.选择合适的工艺条件，才能制得孔隙均匀且具有一定力学性能的骨架.目前粗化配方有高铬型、高硫酸型和含磷酸型3种.效果最好、应用最广的是高铬酸型溶液.这种溶液粗化速度快，镀层附着力好.所以选择高铬配方，并对粗化时间进行研究，以获得适合聚氨脂泡沫材料的粗化工艺.

图 1（a）为粗化过度后获得的骨架，电镀后获得的产品孔隙均匀性差，同时力学性能也较差，图 1（b）为在常温下粗化2min后获得的骨架，电镀后获得的产品，孔隙均匀，力学性能好.

2.2 硫酸铜含量对化学镀铜速度的影响

图 2为硫酸铜含量对化学镀铜镀速的影响，图 2表明随着Cu2+离子浓度的增加，镀铜速度也增加；当硫酸铜含量超过一定范围时，镀铜速度反而降低.硫酸铜含量为8~9.5g/L时，镀铜速度显著上升，但是溶液的分解也大大加强.硫酸铜浓度太高，溶液易产生铜粉，造成镀液不稳定，镀层疏松.硫酸铜含量为8~9g/L时，此时镀液稳定而不分解，镀层均匀和外观好看，这是因为Cu2+离子浓度过高，发生了副反应：
图 2 硫酸铜含量对镀速的影响

2.3 硫酸镍含量对均镀能力的影响

硫酸镍含量对均镀能力的影响如图 3所示.由图 3可知.随着NiSO4含量的升高，均镀能力越来越差，要想制备孔隙均匀的泡沫镍，必须选择在较低的含量范围内.由实验得知NiSO4含量在150~200g/L之间均镀能力较好，图 4为NiSO4含量在180g/L条件下制备的泡沫镍扫描电子显微镜图，从图 4可以看出表面涂敷均匀，均镀能力较好.

图 3 NiSO4含量对均镀能力的影响

图 4 NiSO4含量为180g/L时制备产品扫描电子显微镜图

2.4 氯离子对电镀镍的影响

表 2为氯离子对镀速的影响，该表表明氯离子对电镀镍的镀速影响很大.镍具有很强的钝化性，镍阳极在电镀液中极易钝化，阳极钝化后，正常电镀很难进行.镀液中的氯离子能促进阳极溶解，是良好的阳极去极化剂，能有效的防止阳极钝化.

表2 氯离子配方对镀速的影响
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2.5 电镀温度对电镀镍的影响

经过大量的实验发现，镀液温度在40℃以下进行电沉积时，相同电压下，电流小，镀层难于上去，且镀层发黑，随着温度的降低，光亮性越差；当温度在40~60℃之间时，镀层光亮，沉积速度快，温度越高，沉积越快，相同电压下，电流随温度的上升而增大；当镀液温度大于60℃时，镀层容易产生毛刺，低电流密度区光亮性差.这是由于电流随着温度的变化而变化，如图 5所示.

图 5 电流随温度的变化

3 结论

通过以上讨论得出以下结论：

（1）粗化时间选择在2min较好；

（2）硫酸铜含量为8~9.5g/L时，随着Cu2+离子浓度的增加，镀铜速度也增加；当硫酸铜含量超过9.5g/L，镀铜速度降低；

（3）随着NiSO4含量的升高，均镀能力越来越差，要想制备孔隙均匀的泡沫镍，必须选择在较低的含量范围内，NiSO4含量在150~200g/L之间均镀能力较好；

（4）氯离子及电镀温度的升高都使电镀速度增加，当温度在40~60℃之间时，镀层光亮，沉积速度快.

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