余凤斌， 陈 莹

(天诺光电材料股份有限公司，山东济南 250300)

化学镀法制备银包覆铝复合粉体

余凤斌， 陈 莹

(天诺光电材料股份有限公司，山东济南 250300)

为了改善铝粉表面易氧化问题，采用置换反应对铝粉表面进行化学镀银，制备出包覆致密完整的镀银铝粉。利用扫描电子显微镜、X-射线能量色散光谱仪对粉体表面形貌及成分进行分析，利用析氢曲线分析粉体的包覆完整性。结果表明，铝粉表面包覆一层致密的银镀层。研究了镀液pH及NH4F质量浓度对粉体性能的影响，表明在接近中性条件下可以获得包覆完整的复合粉体，粉体银的质量随NH4F质量浓度增加而提高，随后缓慢下降。

镀银铝粉;置换反应;复合粉体

引 言

银具有导电性好、抗氧化性强等优点，但价格昂贵。金属铝具有相对密度小、颜色浅以及价格低廉等优点，广泛应用在电子、航空及电子浆料等领域。但铝粉表面活性大，不稳定，容易在空气中发生氧化反应，以致失去其本身的优点。如果用银包覆铝粉，制备的材料在保持铝粉优点的同时，还能提高其导电性与抗氧化性，并且降低成本。镀银铝粉作为一种功能性导电填料，可添加于涂料、粘合剂、油墨、塑料及橡胶中制成导电、电磁屏蔽和防静电等制品，也可应用于电子、机电、通讯、印刷及航空航天等部门的导电、电磁屏蔽和防静电领域［1-3］。

制备金属包覆型复合粉末的工艺有溶胶凝胶法、化学镀法、化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)及球磨法等［4］。化学镀法具有工艺简单，制备的粉体包覆效果好等优点，应用前景广阔。由于铝是两性金属，在酸性和碱性条件下都不稳定，因此铝粉在镀液中迅速发生溶解的倾向很大，并易于造成镀液不稳定，与其他被镀材料相比，镀覆难度大［5］。为解决上述问题，本研究引入氟离子作为铝的络合物，使反应在接近中性条件下进行，制备出了性能稳定的镀银铝粉。

1 实验

1.1 试剂及仪器

实验所用试剂有聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、铝粉(平均d为40μm)、硝酸银、氟化铵、去离子水和丙酮。

实验所用仪器有pHB-8型笔式pH计、JJ-1型精密增力电动搅拌器、HH-4型数显恒温水浴锅，JSM-6700F扫描电镜(日本电子株式会社)进行样品表面形貌及成分分析。

1.2 实验过程

将PVP溶解于50mL水中，然后在剧烈搅拌下加入铝粉，待铝粉分散均匀后加入一定浓度的NH4F溶液搅拌至有少量气体产生为止，加入5%的硝酸银溶液，反应约15min后将产物离心分离。用去离子水和丙酮将产物洗涤干净后室温下干燥备用。

取1g粉体置于锥形瓶中，加入50mL0.1mol/L的盐酸溶液，用排水法收集释放出来的H2，用析氢速率表示铝粉的包覆性［6］。

2 结果与讨论

2.1 F－作用机制

由于铝粉表面有一层致密的氧化铝薄膜，阻碍置换反应的发生，一般要在强酸或强碱条件下才能去除，但由于铝的活性很高，使用强酸(碱)去除氧化膜的同时还将导致铝粉严重腐蚀，使得金属粒子难以沉积在铝粉表面。为解决此问题，引入F-作为铝的配位离子，使之与溶液中的Al3+络合生成稳定的［AlF6］3-，从而降低溶液中 Al3+的浓度，适当加速氧化铝薄膜的溶解，实现铝粉表面的Al2O3膜在弱酸性介质中以一个适中的速度逐渐溶解，使活性铝逐步暴露于溶液中，保证置换过程顺利进行［7］。

2.2 粉体的形貌表征

图1为原料铝粉及包覆产物的扫描电镜(SEM)照片。图1(a)为化学镀前铝粉的表面形貌，从图1(a)可以看出，铝粉表面吸附有少量的小颗粒。图1(b)为化学包覆处理后，粒子表面被一层连续的细小颗粒紧密包覆，且存在少量的团聚。为检验样品表面的元素，采用X-射线能量色散光谱仪(EDX)对制备出的粉体进行分析，结果如图2所示。从图2中可以看出，复合粒子表面没有氧化层，只有银、铝两种元素，其中χ(银)为78.14%，表明铝粉表面大部分被银包覆，与SEM照片中的包覆情况一致。

图1 化学镀银前后铝粉的SEM照片

图2 银包铝粉的EDX能谱图

2.3 粉体的析氢分析

由于铝粉在酸或碱条件下容易发生析氢反应，对其表面进行包覆可以减缓并降低该反应的进行。因此可以用氢气析出量来评价包覆效果。

图3为包覆前后粉体的析氢曲线图。从图3中可以看出，粉体析氢都存在一段潜伏期，这是由于铝粉表面包覆一层致密的氧化层，需要消耗一定的酸。包覆后的粉体析氢较未包覆粉体明显下降，表明银包覆层有效降低了铝粉腐蚀析氢能力，析氢稳定性提高，证明粉体的包覆性较好［8］。

图3 化学镀银前后铝粉的析氢曲线

2.4 pH 影响

由于铝是两性金属，在酸或碱性条件下都会发生反应放出氢气而影响银的沉积，并且降低镀层与基体的结合力，因此镀液的pH是一个相当关键的工艺参数。

图4为在不同pH条件下，制备的镀银铝粉表面形貌的SEM照片。由图4(a)可以看出，铝粉表面只有部分包覆，这是由于铝粉在强碱性条件下(pH=12.5)腐蚀速度很快，释放出大量氢气，造成银难以沉积在铝粉表面。图4(b)是在pH为6.5条件下制备的Ag/Al复合粉体的SEM照片，从图4(b)中可以看出，铝粉表面包覆上比较均匀的银层。

图4 镀银铝粉SEM照片

置换法制备Ag/Al复合粉体的关键是要减少铝粉表面腐蚀和气体的释放。由于铝粉在pH为6～10时腐蚀速度相对较慢，在此范围之外铝粉的反应均比较剧烈。沉积速度随pH升高而加快，但是当镀液pH过高时，铝粉在镀液中腐蚀速度加快，释放出大量氢气并发生团聚，使银在铝粉表面沉积不均匀甚至部分表面无沉积或镀层脱落。实验将Al3+的配位离子 F-引入到反应体系中，F-能与Al3+形成稳定的［AlF6］3-络合物，解决了 Al2O3只能在强酸或强碱介质中才能溶解的问题，保证镀银铝粉反应在接近中性条件下进行，对铝粉的腐蚀较小。

2.5 F－质量浓度的影响

F-质量浓度对置换反应起到了至关重要的作用，图5为F-质量浓度对镀银铝粉质量的影响。从图5可以看出，当ρ(F-)低于0.2g/L时，置换反应几乎没有发生。这是由于ρ(F-)过低无法溶解掉铝粉表面的氧化膜，当ρ(F-)增加到0.8g/L时，铝粉表面的银的质量分数逐步增大，粉体颜色也逐渐过渡到银白色，但是当ρ(F-)超过0.8g/L时，由于镀液pH较低，铝粉发生腐蚀析氢反应，导致部分银镀层脱落，使得粉体的银有所降低。

图5 ρ(NH4F)对复合粉体中银的影响

3 结论

采用置换反应方法制备了镀银铝粉，利用扫描电镜、能谱分析及析氢曲线分析了粉体的包覆性，讨论了pH和F-质量浓度等对粉体包覆性的影响。结果表明，采用F-作为络合离子可以实现在接近中性条件下制备包覆性较好的镀银铝粉。随F-质量浓度增加，粉体的银的质量分数先增大而后缓慢下降。

［1］熊晓东，翟玉春，田彦文，等.铝粉化学镀纯镍的机理［J］.东北大学学报(自然科学版)，1996，17(5):512-516.

［2］张振华，郭忠诚，肖红亮.银包铝粉工艺研究［J］.电镀与涂饰，2007，26(1):23-25.

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［7］王毅，姜炜，张先锋，等.纳米Fe粒子包覆微米Al复合材料的制备与表征［J］.功能材料，2008，39(11):1900-1902.

［8］刘辉，叶红齐，林天全.双层包覆对铝粉耐腐蚀性能的影响［J］.材料保护，2008，41(1):38-41.

Fabrication of Ag/Al Composite Powder by Electroless Plating

YU Feng-bin，CHEN Ying
(Tiannuo photoelectric material Co.Ltd，Jinan 250300，China)

In order to improve oxidation resistance of aluminum powder，Ag/Al composite powder was prepared by replacement reaction.Surface morphology and component of the composite powder were investigated by SEM and EDX respectively.And the powder coating integrity was analyzed by hydrogen evolution curves.Results show that the aluminum powder was coated with a layer of dense silver coating.And effects of pH value and NH4F concentration on the powder performance were also discussed.Results showed that the dense coating could be obtained in near-neutral condition and the silver content was increased firstly and then declined slowly with the increasing of NH4F concentration.

silver-coated aluminium powder;replacement reaction;composite powder

TQ153.16

A

1001-3849(2012)09-0017-03

2012-04-23

2012-05-17