方法論記事

エレクトロスタンプによる局所的なバスレス金属複合めっき

DOI：

10.3791/61484

⸱

2020年9月22日

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1Department of Chemistry and Biochemistry, St. Mary's College of Maryland, 2PMA-265 Power and Propulsion IPTL

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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ここで提示されるバスレス電気メッキのプロトコルは、複合粒子を含む停滞した金属塩ペーストが低く、高負荷時に金属複合材料を形成する。この方法は、複合材料粒子を金属マトリックスに埋め込む電気めっき(ジェット、ブラシ、バス)の他の一般的な形態が直面する課題に対処する。

要約

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金属マトリックスに埋め込まれた粒子を含む複合メッキは、多かれ少なかれ導電性、硬い、耐久性のある、潤滑または蛍光を作るために金属コーティングの特性を高めることができます。しかし、複合粒子は1)荷電していないためカソードに強い静電誘引力を持たない、2)吸湿性で水分補給シェルによってブロックされる、または3)かき混ぜながら陰極で停滞したままにするには大きすぎるため、金属めっきよりも難しい場合があります。ここでは、大きな吸湿性リン酸化粒子と親水性膜を含む水濃電解質ペーストを挟んだアノードおよび陰極ニッケルプレートを含む浴びなしめっき法の詳細について述べる。電位を印加した後、ニッケル金属は、停滞した蛍光体粒子の周りに堆積し、それらをフィルムに捕捉する。複合コーティングは、フィルムの粗さ、厚さ、複合表面ローディングのための光学顕微鏡検査によって特徴付けられる。また、蛍光分光法を用いて、これらのフィルムの輝度を定量化して、様々な電流密度、コーティング時間および蛍光体負荷の影響を評価することができる。

概要

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従来の電気めっきは、さまざまな金属、合金、金属複合材料の薄膜を導電性表面に堆積させ、目的の用途1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12に対してそれらを機能させるために広く使用されている。この方法は、航空宇宙、自動車、軍事、医療、電子機器の製造に使用される部品に金属仕上げを追加します。メッキされる対象物であるカソードは、金属塩前駆体を含む水浴中に沈め、化学的または電位の印加により被物表面の金属に還元される。非荷電複合粒子は、コーティング中にこれらを浴槽に添加して金属膜に取り込み、金属酸化物や炭化物の場合の硬度を高めるた....

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プロトコル

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1. コーティング塩の準備

注意:ニッケル塩とホウ酸は有毒であり、ニトリル手袋、ゴーグル、ラボコートを含む適切な個人用保護具で扱う必要があります。強酸と塩基は、ヒュームフードで取り扱う必要があり、すべての廃棄物化学物質は有害廃棄物として処分する必要があります。

  1. バランスを使用して、これらの比率で次の粉末を計量:NiSO4·6H2Oの10.000 g、NiCl 2 ·6H2Oの2.120 g、H 3 BO3の1.600 gを組み合わせ、バイアルに組み合わせます。濃度については、表 1を参照してください。
  2. 1.800 gのSrAl2O4:Eu2+、Dy3+蛍光体またはユーロピウムドープ酸化イットリウム、ユーロピウムドープバリウムマグネシウムアルミン酸を含む代替蛍光体、または望ましい効果に応じて代替酸化物、金属、または有機複合材料と交換します。
    注: ここで添加する量は、複合材料の特性と金属複合フィルムの所望の品質によって異なる場合があります。
  3. 磁器モルタルと害虫を使用して、複合粉末が微粉になるまで約10分間粉砕します。
    注: これはパーティクル サイズを変更し....

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結果

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このプロトコルに従った後、金属の薄いコーティングはカソード表面にメッキされ、コーティングペーストに添加された複合粒子を含む必要があります。蛍光性または着色された粒子の組み込みは、未被覆表面と比較して外観の変化の結果として目視検査によって観察することができる(図1A1−A3)。複合粒子の表面被覆率を調べ、被覆の表面形態を観察するために、光学顕微鏡を用いることができる(図1)。サンプルは、トップダウン(図1B1-B3および1C1-C3)を観察するか、切断して断面を明らかにすることができる(図1D1-D3)。これは、金属コーティングにおけるマイクロスケールの複合粒子とマイクロスケールの特徴を観察するのに適しています。しかし、ナノスケール複合粒子およびナノスケール形態学的特徴.......

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ディスカッション

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エレクトロスタンプの重要なステップ。 バスレスエレクトロスタンプは、従来のバス電気メッキと同じ重要なステップの多くを共有しています。これらには、電極の適切な洗浄、電解質への金属イオンの混合、および外部または化学(無電解めっき)を適用し、カソード上の金属の減少を引き起こす可能性が含まれます。また、アノードとカソードの酸化は、すぐに水ですすぎ、セットアップにこれらの電極を追加することにより、酸活性化後に避けるべきです。

従来のバスメッキと比較したエレクトロスタンプ。いくつかの金属複合蛍光金属膜は、浴めっき16、17、28から報告されています。しかしながら、カソードに対する複合体の低い物理吸着を克服するために、いくつかの発明的方法が実証されている。これらは、水を除去し、乾燥した有機溶媒17.......

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開示事項

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著者らは開示するものは何もない。

謝辞

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この作業は、航空機機器の信頼性と保守性向上プログラムとPatuxentパートナーシップによって支えられていました。タウンゼントはONR教員研究フェローシップによって支援されました。著者らはまた、SMCMサッカーチームからの支援を含む、SMCM化学生化学部の教員および学生の一般的な支援を認めている。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
37% M 塩酸 (水溶液)SigmaAldrich320331-500ML腐食性 - ドラフト内のハンドル
70% 硝酸 (水溶液)SigmaAldrich438073-500ML腐食性 - ヒュームフード内のハンドル
アルミン酸バリウム、ユーロピウムドープ (秒)SigmaAldrich756512-25G微粉末
ホウ酸 (秒)SigmaAldrichB6768-500G毒性
綿棒Q-tipsQ-tips 綿棒
ImageJ国立衛生研究所IJ 1.46rフリーソフト
ニッケル (II) 塩化物六水和物 (秒)SigmaAldrich223387-500G
有毒ニッケル (II) 硫酸塩六水和物 (秒)SigmaAldrich227676-500G有毒
ニッケル箔 (秒)AliExpressNi99.999
ニトリル手袋フィッシャーサイエンティフィック19-149-863B
ナイロン膜 (s)ティッシュサイエンティフィRS10133
光学顕微鏡 FTICフィルターを装備 (470 ± 20 nm)ニコンエクリプス 80i
ラップフィッシャーサイエンティフィック22-305654
磁器モルタルフィッシャーサイエンティフィックFB961A
磁器乳棒フィッシャーサイエンティフィックFB961K
水酸化カリウム(秒)SigmaAldrich221473-25Gプラチナ
線付き腐食性ポテンショスタットGamry楽器1000E
スクープラフィッシャーサイエンティフィック14-357Q
分光蛍光光度計フォトンテクノロジーインターナショナルQM-40
アルミン酸ストロンチウム、ユーロピウム、ジスプロシウムをドープ(s)GloNation756539-25G粉末
可変リニアDC電源TekpowerTP3005T
酸化イットリウム、ユーロピウムをドープ(s)SigmaAldrich756490-25G微粉末
ック

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hunt, W. H., et al. Comprehensive Composite Materials. , Elsevier Ltd. (2000).
  2. Hovestad, A., Janssen, L. J. J. Electrochemical codeposition of inert particles in a metallic matrix. Journal of Applied Electrochemistry. 25 (6), 519-527 (1995).
  3. Zimmerman, A. F., Clark, D. G., Au....

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