本文關鍵詞：水泥基壓電復合材料表面無鈀活化及化學鍍Ni-P工藝研究

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【摘要】：水泥基壓電復合材料是大型土木工程智能監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。它與混凝土具有良好的相容性,具有高強度、靈敏的感知度且成本較低,因此它的研制可以改造傳統(tǒng)水泥基材料,使其應用到更多的領域中。但是只有在水泥基壓電復合材料表面制備性能良好的電極之后,其壓電性能才能得到發(fā)揮。因此,研制適合水泥基壓電復合材料電極的制備工藝具有重要意義。本文以PZT-5壓電陶瓷為功能體材料,以環(huán)氧樹脂與普通硅酸鹽水泥的混合物為基體材料,用二次切割-澆注法制備1-3型水泥基壓電復合材料,并采用無鈀活化化學鍍鎳的方法在其表面制備電極,綜合單因素實驗結果、正交實驗結果分析無鈀活化工藝及施鍍工藝對鍍速及鍍層性能的影響。以最佳粗化工藝、堿性鍍液為前提,以鍍層的外觀、鍍速、含磷量和耐腐蝕性為主要指標,采用單因素實驗,研究活化順序、活化主鹽、還原溶劑組成對鍍層性能的影響。結果表明:采用無鈀活化法對水泥基壓電復合材料表面進行化學鍍鎳的最優(yōu)工藝順序為:打磨→除油→粗化→還原→活化→施鍍;活化主鹽優(yōu)選乙酸鎳;還原劑硼氫化鈉的最佳溶劑為甲醇體積分數(shù)為50%的甲醇-水混合液。采用單因素實驗研究活化主鹽濃度、活化時間、活化溫度對鍍層外觀、鍍速、結合力、耐蝕性的影響,以鍍速為主要指標,采用正交實驗優(yōu)化活化工藝條件,確定最優(yōu)活化工藝參數(shù)。選取五種活化液添加劑:碘化鉀、乙二胺、聚乙二醇、十二烷基硫酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨,在最佳活化工藝基礎上探討活化液添加劑對鍍層性能的影響,確定最優(yōu)添加劑及其濃度。結果表明,最佳活化工藝條件:乙酸鎳濃度25g/L,活化時間10min,活化溫度35℃;活化液中最優(yōu)添加劑為聚乙二醇,最優(yōu)添加劑濃度為30mg/L。對有鈀活化法和經(jīng)過改進后的無鈀活化法所得到的鍍層做了對比,結果表明:經(jīng)過改進后的無鈀活化法得到的鍍層鍍速更高,鍍層表面微觀形貌和耐蝕性更好,因此有鈀活化法不適合水泥基壓電復合材料表面化學鍍鎳。在原有堿性鍍液的基礎上改進鍍液配方,得到偏中性鍍液,并通過單因素實驗、正交實驗確定最佳施鍍工藝條件。結果表明:偏中性鍍液配方為:NiSO_4?7H_2O:20g/L,Na_3C_6H_5O_7?2H_2O:12g/L,NaH_2PO_2?H_2O:30g/L,CH_3COONa:12g/L,Na_2B_4O_7?10H_2O:8g/L;最佳施鍍工藝條件為:施鍍pH值8.0,施鍍溫度50℃,施鍍時間20min。對最佳活化工藝和施鍍工藝得到的鍍層進行性能分析,結果表明:最佳活化和施鍍條件下得到的鍍層表面平整、光亮,晶粒大小均勻、結合緊密,鍍層斷面檢測顯示其厚度約為250nm,與基體結合緊密;陶瓷基體表面鍍層磷含量高達13.21%,水泥基體表面磷含量高達12.19%,鍍層成分較為均勻;鍍層表面電阻率為0.876Ω·cm,導電性較好,可以有效增加壓電材料的工作性能。
【關鍵詞】：水泥基壓電復合材料 無鈀活化 化學鍍鎳 施鍍工藝 鍍層性能
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB33;TB306
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 研究背景12
• 1.2 壓電復合材料12-13
• 1.2.1 壓電復合材料基本概念12-13
• 1.2.2 1-3型水泥基壓電復合材料13
• 1.3 化學鍍鎳13-16
• 1.3.1 化學鍍鎳概述13-14
• 1.3.2 非金屬基體化學鍍14-15
• 1.3.3 化學鍍液的老化和再生15-16
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.1 壓電復合材料研究現(xiàn)狀16
• 1.4.2 化學鍍研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4.3 無鈀活化化學鍍研究現(xiàn)狀17
• 1.4.4 化學鍍鎳技術的發(fā)展趨勢17
• 1.5 論文研究內(nèi)容及意義17-20
• 第二章 實驗方案設計與研究方法20-28
• 2.1 實驗試劑及儀器20-21
• 2.2 實驗原材料及制備21-22
• 2.3 實驗技術方案22-25
• 2.3.1 打磨工藝23
• 2.3.2 除油工藝23
• 2.3.3 粗化工藝23
• 2.3.4 活化工藝設計23-24
• 2.3.5 施鍍工藝設計24-25
• 2.4 化學鍍鎳層性能檢測方法25-28
• 2.4.1 化學鍍Ni-P鍍層的表面分析25
• 2.4.2 化學鍍鍍速的測定25
• 2.4.3 鍍層磷含量的測定25-26
• 2.4.4 鍍層耐腐蝕性測定26
• 2.4.5 鍍層結合力測定26-27
• 2.4.6 鍍層電阻率測定27-28
• 第三章 無鈀活化工藝研究28-50
• 3.1 無鈀活化工藝順序及活化鎳鹽的選擇28-29
• 3.1.1 無鈀活化工藝順序的選擇28
• 3.1.2 無鈀活化鎳鹽的選擇28-29
• 3.2 硼氫化鈉溶劑的選擇29-37
• 3.2.1 甲醇-水混合液作硼氫化鈉溶劑的研究29-31
• 3.2.2 乙醇-水混合液作硼氫化鈉溶劑的研究31-33
• 3.2.3 甲醇-乙醇混合液作硼氫化鈉溶劑的研究33-34
• 3.2.4 幾種硼氫化鈉溶劑的對比34-37
• 3.3 活化工藝條件研究37-43
• 3.3.1 活化液中乙酸鎳濃度對鍍速和鍍層性能的影響37-38
• 3.3.2 活化時間對鍍速和鍍層性能的影響38-40
• 3.3.3 活化溫度對鍍速和鍍層性能的影響40-42
• 3.3.4 正交實驗確定最佳活化工藝條件42-43
• 3.4 活化液中添加劑對鍍層性能的影響43-46
• 3.4.1 活化液中添加劑含量對鍍速的影響43-44
• 3.4.2 活化液中不同添加劑對鍍層外觀、結合力、鍍速的影響44-45
• 3.4.3 活化液中不同添加劑對鍍層表面形貌的影響45-46
• 3.5 有鈀活化鍍層與無鈀活化鍍層對比46-49
• 3.5.1 不同活化工藝對鍍速的影響46-47
• 3.5.2 不同活化工藝對鍍層微觀形貌的影響47
• 3.5.3 不同活化工藝對鍍層成分的影響47-49
• 3.5.4 不同活化工藝對鍍層耐蝕性的影響49
• 3.6 本章小結49-50
• 第四章 中性鍍液討論及施鍍工藝研究50-66
• 4.1 硫酸鎳濃度對鍍層性能的影響50-54
• 4.1.1 硫酸鎳濃度對鍍層外觀、結合力、鍍速的影響50-51
• 4.1.2 硫酸鎳濃度對鍍層耐蝕性的影響51-52
• 4.1.3 硫酸鎳濃度對鍍層微觀形貌的影響52-53
• 4.1.4 硫酸鎳濃度對鍍層電阻率的影響53-54
• 4.2 鍍液pH值對鍍層性能的影響54-56
• 4.2.1 pH值對鍍層外觀、結合力、鍍速的影響54-55
• 4.2.2 pH值對鍍層耐蝕性的影響55
• 4.2.3 pH值對鍍層電阻率的影響55-56
• 4.3 鍍液溫度對鍍層性能的影響56-59
• 4.3.1 鍍液溫度對鍍層外觀、結合力、鍍速的影響56-57
• 4.3.2 鍍液溫度對鍍層耐蝕性的影響57-58
• 4.3.3 鍍液溫度對鍍層電阻率的影響58-59
• 4.4 施鍍時間對鍍層性能的影響59-61
• 4.4.1 施鍍時間對鍍層外觀、結合力、鍍速的影響59-60
• 4.4.2 施鍍時間對鍍層耐蝕性的影響60
• 4.4.3 施鍍時間對鍍層電阻率的影響60-61
• 4.5 正交實驗優(yōu)化施鍍工藝61-62
• 4.6 最佳條件所得鍍層性能62-64
• 4.6.1 鍍層外觀及鍍速62
• 4.6.2 鍍層形貌和能譜62-64
• 4.6.3 鍍層結合力64
• 4.6.4 鍍層電阻率64
• 4.7 本章小結64-66
• 第五章 結論與展望66-68
• 5.1 結論66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74-76
• 附錄76

【參考文獻】

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本文編號：1031297