化學(xué)鍍合金包覆空心微珠粉體的制備與研究

1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文化學(xué)鍍合金包覆空心微珠粉體的制備與研究姓名:徐堅(jiān)申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別:碩士專業(yè):材料學(xué)指導(dǎo)教師:熊惟皓20040506華中科技大學(xué)碩士學(xué)位4論文:=:=:=:=:=摘要粉煤灰空心微珠是火電廠排放出粉煤灰中的一種中空、輕質(zhì)、細(xì)小的球形顆粒,主要化學(xué)成分是莫萊石和石英。通過(guò)對(duì)其表面進(jìn)行金屬化改性處理,使金屬或合金能夠均勻包覆在微珠的表面,可取代純金屬粉體用作電磁波吸收(RAM或電磁屏蔽(EMll 材料。由于粉煤灰空心微珠主要成分是硅酸鹽類物質(zhì),對(duì)化學(xué)鍍無(wú)催化作用,因而傳統(tǒng)上,在進(jìn)行粉體化學(xué)鍍之前器經(jīng)敏化、活化兩步預(yù)處理,以在空心微珠表面形成一定的催化活性中心。本論文對(duì)粉體化學(xué)鍍工藝

2、進(jìn)行了改進(jìn),采用較廉價(jià)的AgN03代替PdCl2作為活化劑、以化學(xué)鍍液中的H2P02代替sn2+作還原劑,直接在化學(xué)鍍?nèi)芤褐型瓿苫罨^(guò)程,在空心微珠表面形成具有催化作用的單質(zhì)銀,制備了NiCoP合金均勻包覆的空心微珠粉體。掃描電鏡(SEM與能譜分析儀(ED兩的觀察分析結(jié)果表明,在空心微珠表面上均勻包覆合金涂層。x射線衍射O和磁強(qiáng)計(jì)分析表明,未經(jīng)熱處理的包覆合金涂層為非晶態(tài)結(jié)構(gòu),無(wú)明顯的鐵磁性;經(jīng)熱處理后的包覆合金涂層轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出較強(qiáng)的鐵磁性,有利于吸收電磁波。探討了這種改進(jìn)化學(xué)鍍工藝的可能機(jī)理,認(rèn)為固體在溶液中吸附離子是粉體化學(xué)鍍的關(guān)鍵,超聲波振蕩是空心微珠粉體化學(xué)鍍反應(yīng)進(jìn)行的必要條

3、件之一。并討論了在敏化預(yù)處理工藝完全一致的情況下,化學(xué)鍍?nèi)芤褐懈鹘M分的濃度、pH值、反應(yīng)溫度及裝載量等因素對(duì)粉體化學(xué)鍍?cè)杏诘挠绊憽Ｗ詈?提出了一些有待繼續(xù)深入探討的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:空心微珠v粉體化學(xué)鍍活化固液界面吸附超聲波振蕩I華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文=:=:=;=盞=Abstractthermal power plant,which are Flyash cenospheres are primarily a by product incharacterized by their fine,lightweight,smooth SU.描RCe and inner hollow.The mai

4、n composition of fly ash cenospheres is quartz and mullite.Fly-ash cenospheres that are coated、衍tll metal or metal alloys Can replace metal powder to be used as Rader Absorbing Material(RAMor E/VII-shielding materials for their lower density than that of pure metal powder.The most important problem

5、in this application is how to make metal or metal alloys uniformly deposited on the surface of the fine particles and finally clad the particle.Electroless NiCoP alloys coating of eenosphere particles were demonstrated in the present investigation.As providing non-catalytic surface for electroless,c

6、anosphere particles were experiencinga two-step process involving sensitization and activation to produce some catalytic clusters on the surface SOtO make them suitable for subsequent deposition.In OUr ameliorative procedure,replacing the conventional PdCl2activator with AgN03activator and replacing

7、 S玨”with H2P02as the reducingand simplified the whole process.agent decreased the overall cost ofthe coating processSEM and EDX characterized the cenosphere particles after the coating process.It showed that NiCoP alloys uniformly covered the surface ofthe cenospheres under the given coating conditi

8、ons.The XRD analysis indicated that the coating alloys were amorphous,therefore,having no ferromagnetism while they changed to be crystal and had somewhat fe“omagnefism aRer the coating being heat-lreated.NexL the possible mechanism of eleclroless NiCoP alloys coating of cenosphere particles Was sug

9、gested.The ionsadsorption process at the solidsolution interface Was the key step in this improved procedure and the ultraSonic vibration WaS necessary to the electroless reaction.Finally,how the concan訂ation ofall constitutes、pH、the temperature ofthe electroless solution、the loading and some other

10、factors affected the incubation period ofthe electroless WaS discussed,in the end,some questions worthulther studying were given out.Key Words:Cenosphere.Powder Electroless。Activation Step Solid.solution InterfaceAdsorptiorl_Ultrasonic Vibrating獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除文中已經(jīng)標(biāo)明

11、引用的內(nèi)容外,本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體,均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。學(xué)位論文作者簽名:名令堅(jiān)日期:腫年J月e日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定,即:學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版,允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)華中科技大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。保密口,在本論文屬于不保密d (請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”學(xué)位論文作者簽名:牟拿堅(jiān)日期:妒J;

12、年r月g目年解密后適用本授權(quán)書。指導(dǎo)教師簽龜:魚墨錘包告指導(dǎo)教師簽名:夠!、L玨;日期:文印陣夕月舌日 燥等工序,因而成本較高。1,2.4空心微珠的物理化學(xué)性質(zhì)11空心微珠的物理性質(zhì)漂珠大部分是白色、乳白色外表光滑的球形顆粒,薄壁中空。漂珠的粒徑約-300邶a,多孔性的壁厚占顆粒直徑的s%-8%。其顏色隨雜質(zhì)含量變化而變化:雜質(zhì)含量低,白色度增加;雜質(zhì)含量高,灰度增加。漂珠的密度通常小于1.Og/cm3,具有質(zhì)輕、隔熱、隔音、耐高溫、耐磨等特征。 圖1.1漂珠的SEM像f4】Fig.1-1SEM graph offloaters【4】沉珠外觀為灰白色、灰色,呈玻璃光澤,為半透明或不透明空心珠體

13、。與漂珠相比,其密度較大,一般為1.1.2.89/cm3;粒度較小,平均粒徑小于45m1:壁厚約占直徑的30%,壁厚且密實(shí)無(wú)孔。沉珠最顯著的性質(zhì)是耐磨、機(jī)械強(qiáng)度高,可承受799MPa 的靜水壓力。但隔熱、保溫、隔音的性能不如漂珠。沉珠和漂珠的物理性質(zhì)比較如下表1一l所示:4 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文氣工業(yè)中,還可作為高壓電瓷、輕型電氣絕緣材料及密封材料的原料;磁珠還可以作為煉鐵原料、海底管道或電纜護(hù)層混凝土的配料、高鐵水泥的填充材料。1.3顆粒涂層的制備和應(yīng)用1.3.1顆粒涂層的制備方法顆粒涂層118】是用機(jī)械、物理或化學(xué)的方法,在一種粉體顆粒或短纖維表面涂覆另外一種或幾種組成更細(xì)微的顆粒。所

14、施加的涂層物質(zhì)和被涂的顆?；蚨汤w維可以是有機(jī)、無(wú)機(jī)、金屬和非金屬等。被涂覆的粒子稱為核粒子,用來(lái)涂覆的物質(zhì)成為涂層物質(zhì)。顆粒涂層作為一種獨(dú)立的單元操作于1950年即用于醫(yī)藥制劑當(dāng)中【191,至今已經(jīng)滲透到材料、生物、化工、通訊和能源等各個(gè)領(lǐng)域。根據(jù)所用方法的不同,核粒子的直徑可在亞微米到數(shù)百微米之間變化。制各復(fù)合顆粒涂層的方法有多種,可以分為化學(xué)法、機(jī)械法、氣相沉積法等。1化學(xué)法化學(xué)法是指在液體介質(zhì)中,利用溶液中所發(fā)生的物理化學(xué)變化制備涂層復(fù)合粉料的方法。涂層材料一般是無(wú)機(jī)鹽、醇鹽或者有機(jī)物,這些有機(jī)物通過(guò)水解、沉淀等反應(yīng)產(chǎn)生細(xì)小的涂層物質(zhì)粒子,涂層粒子和核粒子之間通過(guò)吸附、粘附、沉積和表面反

15、應(yīng)等方式,使涂層材料均勻的附著在核粒子表面?；瘜W(xué)法可分為溶膠凝膠法、成核生長(zhǎng)法、表面修飾法、異電性凝聚法等。(1溶膠凝膠法溶膠凝膠法的基本工藝流程是f2啦!J:首先以醇鹽為原料制備含涂層物的溶膠,然后加入核粒子分散,調(diào)節(jié)溶液中的各種工藝參數(shù),或使用有機(jī)促凝劑,得到凝膠包裹核粒子的涂層復(fù)合粒子,再經(jīng)過(guò)干燥或者熱處理即得到所需復(fù)合粉料。溶膠凝膠法制備復(fù)合涂層的過(guò)程中能夠?qū)⒑肆Ｗ油耆鶆虻陌?因而能夠取得較好的涂層效果。(2表面修飾法表面修飾法“研主要適用于以醇鹽為涂層物質(zhì)的前驅(qū)物。將核粒子分散在溶劑中,然后加入醇鹽,部分醇鹽在核粒子表面的一OH基的作用下發(fā)生水解反應(yīng),產(chǎn)物通過(guò)一M一0一Mf一的方

16、式生長(zhǎng)在核粒子表面,從而形成一層涂層。在表面修飾法中,核粒子7華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文表面的一OH基的存在與否和醇鹽發(fā)生水解反應(yīng)有關(guān),所以核粒子表面是否存在一OH 基是表面修飾法的關(guān)鍵。(3成核生長(zhǎng)法成核生長(zhǎng)法阻】是利用非均勻形核的原理,將被覆顆粒作為成核基體,控制涂層物質(zhì)的濃度在非均勻形核所需的臨界值和均勻形核所需的臨界值之間,讓涂層物質(zhì)晶核在被覆顆粒表面生長(zhǎng)。由于核粒子提供了形核位,涂層材料可以在比均勻形核更低的飽和度下產(chǎn)生非均勻形核,在核粒子表面析出并生長(zhǎng)變厚,獲得涂層復(fù)合粉料。其工藝關(guān)鍵是控制適當(dāng)?shù)耐繉游镔|(zhì)沉淀反應(yīng)濃度、核粒子的濃度,并保持被覆顆粒穩(wěn)定的懸浮特性。(4粉末化學(xué)鍍法.粉末

17、化學(xué)鍍117。31是在對(duì)細(xì)微粒子進(jìn)行表面改性的比較好的方法,在文獻(xiàn)中有人用PdCl2作為活化劑、sn2+作為還原劑,對(duì)空心微珠表面進(jìn)行了包覆金屬粉末的處理。粉體化學(xué)鍍方法,它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、包覆效果好等優(yōu)點(diǎn)。(5水解沉淀法水解沉淀法阻矧包括正滴定法、反滴定法等。在正滴定法中,利用氨水直接滴加鹽和小顆粒組成的懸浮液,由于氨水與鹽的反應(yīng)是在瞬間完成的,因此所生成的水合凝膠是在小顆粒的某些部位,不能很好的包覆。在反滴定工藝中,是把小顆粒和鹽組成的懸浮溶液滴加到氨水溶液中,在懸浮液周圍瞬間形成了一層水合凝膠,有可能很好的包裹粉末。2機(jī)械球磨法李國(guó)軍瞳61等人用機(jī)械球磨法在203顆粒表面制備了涂

18、層Ni金屬的復(fù)合涂層粉末。把分析醇的Ni(N032t6H20和直徑為0.35“m的A1203顆粒一起球磨24h后,逐漸滴加O.1M的NH4Hc03直至過(guò)量,始終保持溶液的pH值在8-9之間。經(jīng)洗滌、干燥后,在空氣中燒結(jié)2h后再經(jīng)700氮?dú)庵袩崽幚?h,最后得到Ni涂層A1203的復(fù)合粉末。影響機(jī)械涂層法的主要因素:機(jī)械力的作用,作用力的大小隨處理容器的轉(zhuǎn)速而定:處理溫度,在對(duì)金屬粒子涂層陶瓷粉料處理時(shí),處理溫度的上升有助于涂層過(guò)程較俠進(jìn)行,但若熱處理的粉料進(jìn)行分解,則必須對(duì)處理容器進(jìn)行冷卻處理:R處理氣氛,機(jī)械涂層法必須考慮氣氛與涂層粒子和核粒子之間的作用。3氣相沉積法127】氣相沉積法分為物

19、理氣相沉積(PVD和化學(xué)氣相沉積(CVD。CVD方法主要通過(guò)氣相反應(yīng)物的沉積形成涂膜,為了強(qiáng)化反應(yīng),在CVD法中引入各種強(qiáng)化和激活方法,如離子激活、光激勵(lì)和超聲場(chǎng)產(chǎn)生空化效應(yīng)等。PVD是利用物理方法“逐出”的分子涂層或原子堆積于被涂物質(zhì)表面形成涂層,如等離子體、蒸發(fā)沉積、濺射沉積和粒子束等。I,3,2粉末顆粒涂屢的應(yīng)用1可以改善粉料中不同組分的混合均勻程度,以提高制品的性能。超細(xì)粉末或者晶須通過(guò)表面涂覆無(wú)機(jī)氧化物層,可以控制粉體團(tuán)聚狀態(tài),改善其分散特性【2蚋。例如對(duì)Zr02增韌陶瓷,只有Zr02顆粒在陶瓷內(nèi)均勻分布才能很好的發(fā)揮增韌效果,通過(guò)顆粒涂層方法把ZrO=涂覆在所增韌的材料的顆粒表面,

20、就能使Zr02在坯體中達(dá)到最佳的分散狀態(tài),從而獲得最佳的增韌效果【朔。2提高燒結(jié)添加劑的均勻混合程度,促進(jìn)致密燒結(jié)。在第二相顆?；蛘呔ы?、纖維表面涂上一層基體材料,可以消除坯體中難燒結(jié)的第二相的互相搭結(jié)問(wèn)題,有利于坯體的燒結(jié)致密化。3改善粉料的表面性能,如電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、吸附性能等【351。4改變復(fù)相陶瓷中異相結(jié)合狀態(tài),降低界面的殘余應(yīng)力。復(fù)合顆粒涂層不僅廣泛用于制備各種單相陶瓷、復(fù)相陶瓷,還被廣泛應(yīng)用予功能陶瓷和各種功能粉體的制各,包括顏料、磁粉、催化劑載體、化妝品、醫(yī)藥、導(dǎo)電樹脂、固體潤(rùn)滑劑等。因此,顆粒包覆的技術(shù)和方法已成為材料和表面科學(xué)的研究熱點(diǎn)。1.4常見粉體化學(xué)鍍工藝化學(xué)鍍是在具

21、有催化作用的金屬表面上連續(xù)不斷的沉積出具有定厚度金屬或合金涂層的方法。它是利用鍍液中的還原劑來(lái)還原金屬離子的過(guò)程,因此不需要外加電源?；瘜W(xué)鍍也稱自催化鍍,金屬的催化活性在化學(xué)鍍中具有十分重要的作用:方h_-_-_-_一9面金屬離子的沉積需要靠基體的催化活性才能觸發(fā);另一方面,被還原出來(lái)的金屬必須具備自催化性,否則化學(xué)鍍過(guò)程不能持續(xù)下去。由于各種粉體的導(dǎo)電性不同,涂層的方法也不盡相同。當(dāng)粉體具有電導(dǎo)性,可以直接進(jìn)行化學(xué)鍍(置換法。當(dāng)粉體無(wú)導(dǎo)電性(即導(dǎo)電性很差時(shí),首先在粉體表面上生成金屬核(心,作為后續(xù)化學(xué)鍍反應(yīng)的催化形核中心,使化學(xué)鍍反應(yīng)得以起動(dòng),而后隨著反應(yīng)的進(jìn)行,最終在粉體表面上形成一層均勻

22、的金屬或合金涂層。使用預(yù)處理的方法在非金屬表面進(jìn)行化學(xué)鍍,擴(kuò)大了化學(xué)鍍改性處理材料的種類,促進(jìn)了化學(xué)鍍技術(shù)的發(fā)展。1.4.1粉末化學(xué)鍍的特點(diǎn)粉末化學(xué)鍍與塊狀大尺度材料的化學(xué)鍍既有相似之處,又有很多的不同。相似之處表現(xiàn)在:預(yù)處理工藝;鍍液組成、鍍覆工藝上基本相同。其不同之處表現(xiàn)在:粉體相對(duì)于塊體材料而言,具有更大的表面積,因此化學(xué)鍍反應(yīng)一般都很激烈,反應(yīng)過(guò)程中各種參數(shù)如濃度、pH值、溫度等不易控制;此外,為防止粉末顆粒的團(tuán)聚和沉降,必須采用良好的分散技術(shù)才能對(duì)粉末顆粒進(jìn)行均勻包覆,因此,分散方式和方法成為分體化學(xué)鍍過(guò)程中非常重要的一個(gè)因素。1.4.2非金屬粉體化學(xué)鍍130,311對(duì)非金屬粉體進(jìn)行

23、化學(xué)鍍,最關(guān)鍵的一步是使均勻分散的粉體顆粒上能夠形成一定的催化中心,為此,在進(jìn)行化學(xué)鍍之前需要進(jìn)行一些特殊的預(yù)處理,基本過(guò)程包括三步:(1粗化;(2敏化;(3活化。通過(guò)這樣的預(yù)處理工藝后,使得具有催化活性的金屬能沉積在粉體顆粒上,才能使后續(xù)化學(xué)鍍反應(yīng)進(jìn)行下去。目前廣泛采用的工藝和催化劑為:(1粗化的目的是在粉體顆粒表面上形成無(wú)數(shù)的微孔、凹槽,使其具有較強(qiáng)的離子吸附能力。(2敏化是將粗化后的粉末加入到敏化液如酸性SnCt2溶液中,使粉末顆粒表面吸附一層二價(jià)錫化合物,通過(guò)水解反應(yīng):SnCl2牟H20=Sn(OHCI+CI10華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文SnCl2q-2H20=Sn(OH2+2H+2CI

24、一反應(yīng)生成的Sn(OHC1和Sn(OH2結(jié)合生長(zhǎng)微溶于水的凝膠狀物質(zhì)Sn(OH3C12一吸附在粉末顆粒的表面上。(3活化是將敏化處理后的粉體加入到活化液如PdCl2溶液中,于是Pd2+被吸附在粉末顆粒表面上的錫離子還原為單質(zhì)Pd,包覆在粉末顆粒表面上,這樣就在粉體顆粒上形成了一定的催化活性中心而可以直接施鍍,其反應(yīng)方程式可表示為Pd2+s2+=Pd-t-Sn4+從上面的預(yù)處理工藝來(lái)看,需進(jìn)行兩步處理,而且消耗價(jià)格昂貴的貴金屬Pd,因此我們考慮對(duì)傳統(tǒng)的粉體化學(xué)鍍工藝進(jìn)行改進(jìn)。1.5本文的主要工作本課題來(lái)源于湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):038002。本文的主要工作如下:(1探討了空心微

25、珠的新活化工藝與粉體化學(xué)鍍工藝,在空心微珠表面上獲得了均勻的合金包覆涂層;(2研究了經(jīng)過(guò)表面改性后空心微珠粉體的磁性能:(3提出了改進(jìn)預(yù)處理工藝的活化機(jī)理;(4較系統(tǒng)地研究了在活化工藝完全一致的條件下,化學(xué)鍍?nèi)芤褐懈鹘M分的濃度、pH值、反應(yīng)溫度及裝載量等因素對(duì)粉體化學(xué)鍍?cè)杏诘挠绊?。一?1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文2空心微珠粉體化學(xué)鍍工藝改進(jìn)探索2.1引言由于空心微珠粉體的主要成分是莫萊石和石英,不具有導(dǎo)電性,因此必須在進(jìn)行化學(xué)鍍之前對(duì)空心微珠粉體進(jìn)行預(yù)處理,在其表面形成一定的催化活性中心,才能觸發(fā)化學(xué)鍍反應(yīng)的進(jìn)行。因此,對(duì)于粉體化學(xué)鍍的關(guān)鍵是預(yù)處理工藝,它直接決定了后續(xù)化學(xué)鍍的效果。目前,最

26、常用的工藝過(guò)程是將非金屬粉體經(jīng)敏化、活化兩步處理后,在空心微珠表面形成金屬Pd作為催化形核中心,工藝復(fù)雜,且消耗價(jià)格較貴的貴金屬Pd?？紤]到Ag+具有很強(qiáng)的氧化性,同時(shí)單質(zhì)Ag亦可作為化學(xué)鍍反應(yīng)的催化劑,因此我們考慮了新的預(yù)處理工藝過(guò)程。本文中,我們對(duì)粉體化學(xué)鍍預(yù)處理工藝進(jìn)行較大改進(jìn),用Ag取代Pd作為反應(yīng)催化劑,減少了工藝步驟,降低了粉體化學(xué)鍍成本,取得較好的包覆效果。2.2實(shí)驗(yàn)原料與設(shè)備2.2.1實(shí)驗(yàn)原料及試劑實(shí)驗(yàn)中采用的空心微珠由安徽省某火電廠提供,各種試劑及其生產(chǎn)廠家如表2-1所示:表2-1主要原料與試劑12 圖2-1清洗前粉煤灰空心微珠粉末Fig.2一l Cenospheres bo

27、fore rinsing 2.5預(yù)處理工藝改進(jìn)探索圖2-2清洗后空心微珠粉末Fig.2-2Cenospheres after rinsing從前面的相關(guān)討論中我們可以看出,預(yù)處理效果對(duì)粉體化學(xué)鍍最后的質(zhì)量起著決定性的作用?？紤]到對(duì)催化劑的選擇和預(yù)處理工藝的改進(jìn),進(jìn)行如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)確定:(1單質(zhì)Ag可以作為化學(xué)鍍合金的催化劑:(2預(yù)處理工藝步驟的簡(jiǎn)化。2.5.1實(shí)驗(yàn)一以Ag作為粉體化學(xué)鍍合金的催化劑】銀氨溶液的配制室溫下,稱取一定量無(wú)色透明的AgN03晶體溶解于去離子水中,待晶體完全溶解后,再往該溶液中逐滴滴加氨水,起初溶液中會(huì)出現(xiàn)棕色絮狀沉淀,這是因OH一離子與Ag+反應(yīng)生成棕色氧化銀沉淀,通常

28、這個(gè)過(guò)程包括兩個(gè)反應(yīng):2Ag+20H一.啦AgOHAgzO+H20繼續(xù)滴加氨水,絮狀沉淀逐漸溶解,直至溶液又恢復(fù)透明時(shí),停止加入氨水,即配置成新鮮的銀氨溶液,此時(shí)A礦以銀氨絡(luò)合離子的形式溶解在溶液中。該過(guò)程發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng):A&o+4NH3+H20.-.2Ag(NH32r+20H一2化學(xué)鍍液的配制程序(1準(zhǔn)確稱取計(jì)量的鎳鹽(硫酸鎳、還原劑(次亞磷酸鈉、絡(luò)合劑(檸檬酸鈉、緩 14 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文素必定來(lái)自于銀氨溶液,Ni和P元素則來(lái)自于化學(xué)鍍液。由于部分包覆空心微珠的化學(xué)鍍層很薄,且銀的相對(duì)含量較高,因此能譜射線可以穿透合金層,所以能夠檢測(cè)出Ag元素存在;這同時(shí)說(shuō)明了單質(zhì)銀是可以作為

29、化學(xué)鍍合金的催化劑。 圖2-3化學(xué)鍍前的空心微珠圖2-4化學(xué)鍍過(guò)程中部分包覆的空心微珠Fig2-3sEM micrograph of uncoatedFig.2.4Micrograph of partial coated cenosphere particlesnosphere particles 圖2-4為部分包覆NiCoP合金空心微珠的背散射電子像,其中有明亮、細(xì)小的顆粒均勻的分布在空心微珠表面。圖2-5為已被完全包覆合金的空心微珠的背散射電子像,凰2-11為其對(duì)應(yīng)的能譜圖。它表明包覆層中有大量的Ni、Co、P元素的存在,由此我們可推知圖2.4中的明亮、細(xì)小的顆粒即為包覆在空心微珠表面的N

30、ic0P臺(tái)金。由于涂層較厚且此時(shí)銀的含量非常低,因此在圖2.11中沒有明顯的Ag元素的峰出現(xiàn)。圖25已被合金完整包覆的空心微珠圖2-6包覆后空心微珠粉體的低放大倍數(shù)像Fig2-5Mi。呻神ofNiCoP。corned Fig.2-6Micrograph ofNiCoP-coated cenosphere cenosphere particlesparticles at low magnification 一、 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文=:=:=在從掃描電鏡照片中還可以看出,在化學(xué)鍍過(guò)程中,合金是從分布在空心微珠表面的催化活性點(diǎn)開始生長(zhǎng)的。般而言,一種表蘧張力較小的物質(zhì)能夠均勻的鋪展在另一種表面

31、張力較大的物質(zhì)上;反之,即在表面張力較小的物質(zhì)上層積另一種表面張力較大的物質(zhì)時(shí),則只能得到“島狀”生長(zhǎng)。在我們實(shí)驗(yàn)中可知Ni或Co及其磷的合金的表面張力都比硅和鋁的氧化物的表面張力大,因此在化學(xué)鍍初期,生成的合金都是以“島狀”形態(tài)出現(xiàn)的。隨著鍍液的不斷補(bǔ)充,化學(xué)鍍B寸間的持續(xù),在自催化的作用下合金顆粒才逐漸長(zhǎng)大,連成體,包覆整個(gè)空心微珠,如圖2.5所示。圖2-9和圖210分別為經(jīng)兩步預(yù)處理后,再進(jìn)行化學(xué)鍍,空心微珠粉體的低分辨率像和高分辨率像。在化學(xué)鍍液的成分和濃度完全一樣時(shí),我們可以看出相對(duì)于一步預(yù)處理,經(jīng)兩步預(yù)處理后進(jìn)行化學(xué)鍍,包覆在空心微珠表面上的合金沒有一步反應(yīng)的均勻,并且形成的合金顆

32、粒較大。這可能是由于經(jīng)兩步預(yù)處理后,空心微珠表面已經(jīng)形成的Ag催化活性中心分布不均勻所致;而一步預(yù)處理后,空心微珠表面在進(jìn)行化學(xué)鍍反應(yīng)之前,仍然保持銀氨絡(luò)合離子均勻包覆的狀態(tài),在被鍍液中的H2P02一還原后生成的單質(zhì)銀就可以均勻的分布在空心微珠表面作為后續(xù)反應(yīng)的催化劑,這樣就有利于均合金勻地包覆在空心微珠表面。圖2-9經(jīng)兩步預(yù)處理后合金包覆空心微珠的低放大倍數(shù)像Fig.29Mierograph ofNiCoP-coating COnOSph(辯particles at low magnification after atwo。st印process圖210經(jīng)兩步預(yù)處理后合金包覆空心微珠的高放大倍

33、數(shù)像Fig.2一10Micrograph ofNiCoP-coating eenosphere pmlicles at high magnification after atwo-step process 20 華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文=:=:=體在熱處理過(guò)程中會(huì)析出Ni、Ni2P和C02P等晶體結(jié)構(gòu)的化合物,鍍層由非晶態(tài)向晶態(tài)結(jié)構(gòu)過(guò)渡,因而逐漸產(chǎn)生較強(qiáng)的鐵磁性,具有較高的矯頑力。I”11f“9J2O一廠一1000./lOOO2南o3南。4南。5南。矗HfKp圖2一t7NiCoP合金包覆空心微珠粉體經(jīng)熱處理的磁滯回線Fig.2-17Magnetic hysteresis loop ofNiCo

34、Pcoating cenospHeres after heat-treatment2.7本章小結(jié)1對(duì)空心微珠進(jìn)行粉體化學(xué)鍍之前,需用純堿溶液對(duì)其進(jìn)行清洗,以除去其表面的有機(jī)物等雜質(zhì),并進(jìn)行超聲波處理,清除微珠表面的小分子雜質(zhì),同時(shí)使微珠有效分散。2采用較廉價(jià)的AgN03代替PdCl2作氧化劑、化學(xué)鍍?nèi)芤褐蠬2P02-離子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的Sn2+作還原劑,經(jīng)敏化后直接將空心微珠粉體加入到化學(xué)鍍?nèi)芤褐?制各了NiCoP合金包覆的空心徽珠粉體。采用SEM、EDX觀察分析了合金包覆涂層的形貌和成分,結(jié)果表明,Ag可以作為化學(xué)鍍合金的催化劑,且合金均勻包覆在空心微珠表面。31改進(jìn)的化學(xué)鍍工藝流程為與傳統(tǒng)的粉體

35、化學(xué)鍍相比,無(wú)需單獨(dú)進(jìn)行活化處理,簡(jiǎn)化了工藝步驟,從而降低了成華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文本、提高了生產(chǎn)效率。4XRD衍射分析表明,經(jīng)過(guò)粉體化學(xué)鍍后,空心微珠表面包覆層為非晶態(tài),經(jīng)400CI小時(shí)熱處理后,逐漸轉(zhuǎn)變晶態(tài)結(jié)構(gòu)的金屬Ni和金屬問(wèn)化合物Ni2P、C02P。5合金包覆空心微珠粉體的磁性能與合金的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān):非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的表面包覆層基本上無(wú)磁性,而晶態(tài)結(jié)構(gòu)的Ni、Ni2P及C02P等具有較強(qiáng)的鐵磁性,有望代替純Ni、Co及其合金粉體應(yīng)用于電磁波吸收領(lǐng)域。一263改進(jìn)的化學(xué)鍍工藝機(jī)理探討3.1固液界面吸附3,1.1固體表面吸附作用概述1吸附作用當(dāng)氣相或液相中的分子(原子或離子接觸到固體表面時(shí)

36、,由于它們之間的相互作用,使得一些分子(原子或離子停留在固體表面上;當(dāng)達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí),固體表面上會(huì)聚集一定濃度的氣相或液相分子(原子或離子,這種現(xiàn)象稱為吸附作用。通常把固體稱為吸附劑,被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)。2固體表面的特性與液體表面一樣,固體表面上的分子(原子或離子受到周圍分子(原子或離子的作用力是不平衡的,因此固體表面也具有表面張力和表面能。任何表面都有自發(fā)降低表面能的傾向,一般情況下,由于固體表面難于收縮,所以只有靠離子極化或位移的方式來(lái)降低表面能,這就造成了表面層與內(nèi)部的結(jié)構(gòu)差異,這也是固體表面能產(chǎn)生吸附作用的根本原因。固體表面現(xiàn)象比液體表面現(xiàn)象復(fù)雜得多,與液體相比,固體表面表現(xiàn)出阻

37、下特性:(1固體表面原子或離子的活動(dòng)性小。液體表面的分子即使在遠(yuǎn)低于沸點(diǎn)的溫度下也處于激烈的運(yùn)動(dòng)之中,表面上的分子與液體內(nèi)部的分子和氣態(tài)分子之間成動(dòng)態(tài)平衡。而常壓下固體的蒸汽壓一般很低,其表面原子的蒸發(fā)及氣態(tài)原子向表面的凝聚速度都極小,固體表面原予與氣相中原子發(fā)生交換的可能性極小。另外,根據(jù)Einstein擴(kuò)散定律,擴(kuò)散系數(shù)D與t時(shí)間內(nèi)Brown 運(yùn)動(dòng)的平均位移X間的關(guān)系為D=X2/(2t,常溫下,由于固體表面擴(kuò)散系數(shù)非常小,因此固體表面原子在二維表面上的運(yùn)動(dòng)是十分困難的,固體表面原子實(shí)際上只能在晶格位置上振動(dòng)。(2對(duì)于離子型晶體,處于表面層的負(fù)離子只受到垂直于表面的方向上,單一方華中科技大學(xué)

38、碩士學(xué)位論文向正離子的引力,而外側(cè)是不飽和的。電子云將被拉向內(nèi)側(cè)正離子一方而變形,使該負(fù)離子誘導(dǎo)成偶極子,這樣就降低了晶體表面的負(fù)電場(chǎng)。接著,表面層離子開始重排以使之在能量上趨于穩(wěn)定。為此,表面的負(fù)離子被推向外側(cè),正離子被拉向內(nèi)側(cè),從而形成表面雙電層。結(jié)果,固體表面好像被一層負(fù)離子所屏蔽并導(dǎo)致表面層在組成上為非化學(xué)計(jì)量比。對(duì)由離子半徑大的負(fù)離子和離子半徑小的正離子組成的化合物,如本文所討論的空心微珠主要成分Si02和A1203等有明顯類似的現(xiàn)象發(fā)生,因此在其表面易于吸附正離子,這對(duì)于我們采用銀氨絡(luò)合離子吸附工藝有積極的作用。(3固體表面的粗糙性。固體表面不是理想的光滑平面,而是凹凸不平的不規(guī)則

39、曲面,這些地方往往具有較大吸附活性。(4固體表面的不完整性。晶格完整的晶體是罕見的,幾乎所有的晶體及其表面都會(huì)因多種原因而產(chǎn)生不完整性,主要表現(xiàn)在表面點(diǎn)缺陷、非化學(xué)比及位錯(cuò)等,這些因素造成固體表面常形成臺(tái)階及不規(guī)則的棱、邊和角,這些位置的吸附活性較高。(5固體表面的不均勻性。若將固體表面近似看作一個(gè)平面,固體表面的晶格勢(shì)能不僅與其對(duì)表面的垂直距離有關(guān),而且常隨其水平位置的變化而變化。因此,被吸附分子在沿著與表面垂直距離相等的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí),它們與表面原子之間的勢(shì)能不一定是常數(shù)。根據(jù)表面勢(shì)能的分布,可將固體表面分為均勻表面和不均勻表面,否則即為非均勻表面(如圖3.1所示馨農(nóng)裹砸距離表面距離圖3-1

40、固體表面勢(shì)能的變化Fig.31Variety ofpotential energy ofthe solid surface總之,固體表面結(jié)構(gòu)和組成的變化,將直接影響到它的吸附性能、潤(rùn)濕性能和催化作用,因此任何對(duì)表面改性的工作都必須足夠重視基體表面的物理、化學(xué)性質(zhì),我們才能有的放矢的開展工作。一一28_|:|l 一蚋九一面小一襲一滋艄堡3、被吸附物質(zhì)與固體表面相互作用力被吸附物質(zhì)與固體表面相互作用,從鍵合的角度來(lái)考慮,定性上可分為三類:一類為離子鍵合,此類被吸附物是以離子狀態(tài)吸附在固體表面上。吸附時(shí)它們占有從固體導(dǎo)帶遷移來(lái)的電子或價(jià)帶來(lái)的空穴,本身帶正或負(fù)電荷。不管固體是離子固體或以共價(jià)鍵結(jié)合的

41、固體以及電子是自被吸附原子轉(zhuǎn)移至底物或反之,都不是純粹的局部鍵合。因?yàn)閷?duì)表面來(lái)講,更多的是表面整體而不是表面單個(gè)原子參與鍵合作用?？紤]到被吸附離子更為接近與表面電荷相反的離子,但仍不是被吸附物與固體表露某一離子形成局部化學(xué)鍵。另一類為局部化學(xué)鍵含共價(jià)鍵合。每一被吸附分子或原子僅與一個(gè)或幾個(gè)表面原子鍵合,此時(shí)沒有固體能帶的電子轉(zhuǎn)移。純粹局部鍵合可以是共價(jià)化學(xué)鍵或酸一堿共價(jià)鍵,這種局部成鍵強(qiáng)調(diào)鍵合的方向性。第三類為中性吸附的鍵合。被吸附物和底物原子之間實(shí)際無(wú)電荷轉(zhuǎn)移。假如一個(gè)極性分子吸附在一個(gè)離子固體上,則在表面被吸附物類和一個(gè)原子之間可形成偶極一偶極強(qiáng)吸引的局部鍵合。3.1.2固液界面吸附特點(diǎn)固

42、體自溶液中的吸附是最常見的吸附現(xiàn)象之一,溶液吸附規(guī)律比較復(fù)雜(這主要是由于溶液中除了溶質(zhì)外還有溶劑,因而固體自溶液中的吸附理論遠(yuǎn)不像氣體吸附相對(duì)完整,還很不成熟。固體自溶液中的吸附,至少要考慮三種作用力,即在界面層上固體與溶質(zhì)之間的作用力、固體與溶劑之間的作用力以及在溶液中溶質(zhì)與溶劑之間的作用力。當(dāng)固體和液體接觸時(shí),總是被溶質(zhì)和溶;ff兩類物質(zhì)的分子或離子占滿,也就是它們爭(zhēng)奪表面的凈結(jié)果。一般情況下,我們需要的是有針對(duì)性的吸附溶液中的某種溶質(zhì),若固體表面上溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部的大,就是正吸附,否則就是負(fù)吸附。1吸附規(guī)律復(fù)雜。與氣相在固體表面的吸附不同,在溶液吸附中,即使溶質(zhì)的吸附量達(dá)到最大值時(shí)

43、固液界面上也不可能沒有溶劑分子,因此,溶液中各組分的競(jìng)爭(zhēng)吸附是不可避免的。尤其是多種溶質(zhì)的溶液中,這種競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)際上是溶質(zhì)一溶劑、溶質(zhì)一溶質(zhì)、溶劑一吸附劑、溶質(zhì)一吸附劑間相互作用的綜合結(jié)果,這種復(fù)雜的相互作用又可反映到溶解度、溫度、pH值等等因素上,因此溶液中吸附等溫線的定量描華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文述大多帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)。21溶液吸附的吸附量大多是根據(jù)溶液中某組分在吸附平衡前后濃度的變化確定的,即r.:蘭!里!二!12(3-14肼式(3.1中:Cor一吸附前溶液中i組分的初始濃度C。r一當(dāng)達(dá)到吸附平衡時(shí)i組分的濃度rI_一平衡濃度為&i時(shí)i組分的吸附量V與質(zhì)量為re(g的吸附劑成平衡的溶液

44、體積根據(jù)上式求出的吸附量實(shí)際是表觀吸附量,忽略了溶劑和其它溶質(zhì)組分吸附的影響。在極稀溶液中的表觀吸附量與真實(shí)吸附量近似相等,但對(duì)于多種溶質(zhì)的濃溶液這種影響是不可忽略。當(dāng)溶劑比溶質(zhì)吸附還多時(shí),溶液的表觀吸附量甚至可以出現(xiàn)負(fù)值,因此,溶質(zhì)在吸附劑表面上吸附規(guī)律是很復(fù)雜的。3在溶液吸附時(shí)溶質(zhì)、溶劑、吸附劑中雜質(zhì)的影響不可忽略。如稀溶液中溶劑的雜質(zhì)與溶質(zhì)濃度的數(shù)量級(jí)近似,吸附劑的某些可溶性雜質(zhì)使得溶液成分復(fù)雜化以及雜質(zhì)本身的吸附性能等。4與氣相吸附相比,溶液中分子間距小、作用力大,擴(kuò)散速度較慢,到達(dá)吸附平衡時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于多孔性固體,特別是微孔固體欲達(dá)到吸附平衡常需很長(zhǎng)得時(shí)間,并需采取幫助擴(kuò)散的措施(如

45、攪拌、振蕩、超聲等,這些措施還必須保證不改變各組分和吸附劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。3。1.3固體自電艇質(zhì)溶液中的吸附根據(jù)溶液中溶質(zhì)是否為電解質(zhì),可以將固體溶液吸附分為對(duì)非電解質(zhì)和對(duì)電解質(zhì)的吸附。在我們實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的均為電解質(zhì)溶液,因此,我們著重討論固體吸附質(zhì)對(duì)電解質(zhì)溶液的吸附。當(dāng)固體微粒處于電解質(zhì)溶液中時(shí),可以是固體從溶液中選擇性吸附某種離子,也可以是由于固體分子本身的電離作用使離子進(jìn)入溶液,以致固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷,在界面上形成了雙電層結(jié)構(gòu)。_-_-一一30華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1離子吸附與雙電層在電解質(zhì)溶液中存在固液界面時(shí),各組分在溶液和固液界面上的化學(xué)勢(shì)“不同,因而會(huì)發(fā)生離子的遷移和

46、吸附。當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),會(huì)使得固體表面帶有某種電荷;為了保持整個(gè)體系的電中性,溶液中與固體表面荷電符號(hào)相反得離子必將靠近固體表面而形成雙電層。d6圖3-2雙電層結(jié)構(gòu)和電勢(shì)隨距離的變化Fig3-2Double_layers and relationship between the electric potential to the dlstallce帶電表面與液體內(nèi)部得電勢(shì)差稱為固體表面電勢(shì)或熱力學(xué)電勢(shì),以表示:靠近固體表面一、二個(gè)分子厚度的區(qū)域內(nèi)反離子與表面結(jié)合成牢固的固定吸附層fstem 層,在此層中反離子電性中心的連線構(gòu)成Stem平面(圖中d面,Stem面與溶液內(nèi)部電勢(shì)差為Stem電勢(shì),以

47、帥表示;在Stem層外反離子在溶液中成Boltzm分布,構(gòu)成擴(kuò)散層,在外力作用下固體與液體相對(duì)移動(dòng)時(shí),隨固體一起運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)面(6面一與溶液內(nèi)部的電勢(shì)差稱為電動(dòng)電勢(shì)或電勢(shì)。很明顯,在滑動(dòng)面內(nèi)除了Stem層離子外,還有一定的溶劑分子,故8面在d面之外。從圖3-2中我們可以看出,電勢(shì)值t1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文=:=:=:=與吸附層未能抵消的表面電荷數(shù)目及擴(kuò)散層中的離子數(shù)有關(guān)。根據(jù)以上的分析,我們可以更深入的了解雙電層的結(jié)構(gòu),其依次為固體微粒表面去溶劑化的化學(xué)結(jié)合層厚度為d的溶劑化的吸附層相對(duì)運(yùn)動(dòng)的分界面(剪切面或滑移面卜-在厚度6以外的擴(kuò)散層。擴(kuò)散層中存在著正負(fù)兩種離子,其中反離子數(shù)居多。隨著該

48、層與吸附層的間距增大,過(guò)剩的反離子數(shù)減少。到了擴(kuò)散雙電層的邊緣,正負(fù)離子數(shù)目大致相等。當(dāng)溶液中電解質(zhì)的濃度增加,雙電層將會(huì)變薄,這是由于溶液中靜電引力和擴(kuò)散作用之間的關(guān)系發(fā)生變化,而這種關(guān)系決定了擴(kuò)散層中離子的分布。首先,加入電解質(zhì)使擴(kuò)散層與體相溶液間濃度差減小,反離子向體相溶液的擴(kuò)散降低,更多的反離子進(jìn)入固定層,從而使電勢(shì)下降;另外,處于擴(kuò)散層中的離子可被加入溶液中的帶電性質(zhì)相同的離子取代(即離子交換,這種離子交換作用也將導(dǎo)致雙電層厚度的減小和電勢(shì)下降。這是因?yàn)殡x子交換能力與離子價(jià)數(shù)和離子水化作用有關(guān),通常情況是離子半徑增大,水化體積減小。離子半徑大、水化體積小的離子比離子半徑小、水化體積大

49、的離子更能較強(qiáng)地被表面吸引,這樣一來(lái)也易導(dǎo)致雙電層減薄。當(dāng)溶液中加入某些高價(jià)離子時(shí),不僅能降低電勢(shì),而且有可能改變表面帶電的符號(hào)。對(duì)這種現(xiàn)象的解釋是,高價(jià)離子具有特別強(qiáng)的吸附能力,在表面上有可能超量吸附。2電解質(zhì)離子在固液界面上的吸附在某種特殊條件下電解質(zhì)可以分子狀態(tài)吸附在圃液界面上,大多數(shù)情況下電解質(zhì)在溶液中電離出陰離子或陽(yáng)離子而被吸附,另一種符號(hào)相反的離子形成擴(kuò)散層。電解質(zhì)離子的吸附大致有兩種情況:(1Stem層吸附a某些離子可以依靠強(qiáng)烈的靜電引力作用吸附到固液界面上構(gòu)成Stern面,這種吸附作用可用Langmuir等溫式來(lái)描述:南C xp一(鼉蘆(,-2式0-2中:e為吸附劑表面覆蓋度;

50、c為體相溶液中被吸附離子的平衡濃度(物質(zhì)的量的分?jǐn)?shù)表示1;z離子價(jià)數(shù);32華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文:=:=:=:=:=;= e一單位電荷;vdStem面電勢(shì):廿一吸附勢(shì)能。Fq_lz式可知,決定吸附量的不僅有靜電作用的ze0,而且有非靜電作用的吸附勢(shì)能西和吸附溫度有密切關(guān)系。一般情況下,靜電作用在吸附中起主要作用。但是,也有離子在帶同性電荷的固體表面上吸附的實(shí)例,此時(shí)可能是非電性力(如Vander Waals力作用的效果。(2離子交換吸附。溶液中離子交換吸附有兩種情況:一種為固體吸附劑(如粘土礦物晶格中束縛的離子交換吸附;一種為與擴(kuò)散層中的離子交換吸附。離子交換吸附有以下特點(diǎn):同性離子相互交換

51、;等當(dāng)量相互交換;離子交換吸附是可逆的,吸附和脫附的速度受離子濃度的影響;離子交換吸附的強(qiáng)弱由離子價(jià)數(shù)和水化半徑的大小所決定。3.2超聲振蕩的作用由于空心微珠的平均粒徑較小(約109mI其密度比鍍液大,因而容易出現(xiàn)團(tuán)聚和沉降的現(xiàn)象,這些特點(diǎn)都對(duì)粉體化學(xué)鍍的質(zhì)量有極為不利的影響。實(shí)驗(yàn)表明,在沒有超聲振蕩的條件下,粉體化學(xué)鍍過(guò)程很難、甚至不能順利進(jìn)行下去。采用超聲振蕩的方式,則可取得較好的效果。超聲波是頻率在16KHz以上的高頻聲波。在超聲波的作用下,液體內(nèi)部某一瞬間壓力突然減小,隨后的瞬間壓力突然增大,液體分子時(shí)而受拉,時(shí)而受壓,如此不斷的反復(fù)。壓力減小時(shí),溶液內(nèi)產(chǎn)生很多真空小空穴,溶解在液體中

52、的氣體會(huì)被吸入到空穴中,形成氣泡,產(chǎn)生“空化泡”。在它產(chǎn)生后的瞬間,由于外壓增大,氣泡被壓破,會(huì)產(chǎn)生瞬間高溫高壓,從而加速液體內(nèi)部的攪拌和對(duì)流,促進(jìn)了物質(zhì)的擴(kuò)散和微粒的分散。有資料介紹,當(dāng)超聲波場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到O.3W/cm2以上時(shí),溶液間在1秒內(nèi)將發(fā)生數(shù)萬(wàn)次強(qiáng)烈碰撞,碰撞壓力為5-200KPa,產(chǎn)生非常大的能量,形成極高的液體加速度。通過(guò)超聲波空化攪拌作用,一方面增加了反應(yīng)界面處反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物fH2、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文HPO,2等的擴(kuò)散,增加反應(yīng)活性,提高鍍速;另一方面,使粉體能很好的分散在鍍液中,保證反應(yīng)均勻和完全,防止產(chǎn)生小微珠團(tuán)聚,從而使NiCoP合金能均勻的包覆在每個(gè)空心徼珠表面。

53、超聲波對(duì)空心微珠粉體化學(xué)鍍的影響具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1超聲波對(duì)粉體的分散作用在我們的實(shí)驗(yàn)中,由于所采用的空心微珠粉體的粒度小、密度比溶液大,因此,粉體容易團(tuán)聚和沉降,這一點(diǎn)對(duì)于粉體化學(xué)鍍是十分不利的。實(shí)驗(yàn)表明:經(jīng)過(guò)同樣的方式進(jìn)行預(yù)處理后的空心微珠加入到相同的鍍液中去時(shí),未加入超聲振蕩的反應(yīng)器中,灰白色的空心微珠粉體完全沉在燒杯底部,2.5小時(shí)后仍然沒有明顯反應(yīng)發(fā)生,過(guò)濾后,濾餅中只有極少的黑色細(xì)小顆粒,其余均為灰白色的空心微珠粉體,表明粉體化學(xué)鍍是不成功的。而在化學(xué)鍍過(guò)程中加入超聲波振蕩后,可以觀察到空心微珠粉體被均勻分散在整個(gè)鍍液當(dāng)中,沒有明顯的分層,很快就會(huì)發(fā)生突變現(xiàn)象。2超聲波有利于

54、粉體均勻包覆在施加超聲波時(shí),粉體一直處于激烈的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),不易產(chǎn)生大的團(tuán)聚或沉降在燒杯底部,它們均勻地分散在整個(gè)鍍液中,有利于每個(gè)粉末顆粒的包覆。3超聲波可以加速反應(yīng)的進(jìn)行由于超聲波的劇烈攪拌作用,使得反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣能夠快速脫離催化劑表面,加速反應(yīng)物質(zhì)的碰撞因而有利于化學(xué)鍍反應(yīng)的進(jìn)行。在化學(xué)鍍過(guò)程中,加入超聲波的情況下,反應(yīng)更加劇烈,鍍液中產(chǎn)生的氣泡明顯比在靜置時(shí)更多。4超聲波對(duì)化學(xué)鍍層表面形貌的影響在相同的工藝條件下,超聲波化學(xué)鍍鎳層比常規(guī)化學(xué)鍍鎳層細(xì)化很多。超聲波的作用除了可以加快鍍層生長(zhǎng)外,另方面,由于超聲波空化和攪拌作用,使形成的非晶態(tài)的合金分成更多的小團(tuán),以這幾個(gè)小合金團(tuán)為催化中心分

55、別生長(zhǎng),每個(gè)小合金團(tuán)生長(zhǎng)為一個(gè)小胞,這幾個(gè)小團(tuán)生長(zhǎng)的同時(shí),其它部位又生成新的合金團(tuán),所有合金團(tuán)沿基體表面和垂直于合金表面生長(zhǎng),沿基體表面生長(zhǎng)就會(huì)在基體上覆蓋了一層鍍層;垂直于合金表面生長(zhǎng),使鍍層具有一定厚度。超聲波作用可以得到的細(xì)而致密的鍍層?？傊?超聲波作為種新的能量輸入形式,會(huì)使反應(yīng)活化分子比例大大增加,起到降低反應(yīng)開始所需要克服勢(shì)壘的作用,加快反應(yīng)速度;由超聲波產(chǎn)生的空化和攪拌華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文作用,可以使粉體顆粒表面因反應(yīng)而吸附的H2快速脫離,起到均勻鍍液成分的作用;超聲波的引入,可以很好的對(duì)粉末進(jìn)行分散,使粉末在高度分散的情況下參與反應(yīng),從而使合金包覆更加均勻,整體效果最佳。3.3改進(jìn)的粉體化學(xué)鍍合金的工藝機(jī)理研究1首先,經(jīng)過(guò)清洗的空心微珠在堿性的銀氨溶液中充分