Catalyctic activation of carbon Fibres in electroless process of fabrication of metallized carbon fabrics

• Autorzy: Bieliński J. , Sałacińska A. , Kozera R. , Bielińska A. , Boczkowska A.

Warianty tytułu

PL

Aktywacja katalityczna włókien węglowych w procesie bezprądowego wytwarzania metalizowanych tkanin węglowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The influence of metallization process parameters such as bath composition and deposition rate on the thickness and morphology of coatings were investigated. The role of bath composition (Ni-salt, reducer, complexing-buffering additive, stabilizer, surfactants), pH value, temperature and deposition time were studied. The requirements for C-fiber/Ni-P/Al alloy composite fabrication are limited to the P-content to 2÷3 wt.% and coating thickness to less than 1 μm. The metallization process, after proper carbon fiber pretreatment, was performed in baths containing: NiSO4, NaH2PO2, glycine, stabilizers and wetting agents. The pH value was shifted to the range of 4.5÷8.5, temperature 60÷80oC and deposition time from 5 to 60 min. As a substrate for the metallization process, roving and fabrics manufactured by Tenax (3-24k filaments in bundle with 7 μm diameter), as well as mullite test samples were used. The results of the experiments, limited to changes of pH in the bath, indicated that the ratio of NiSO4/NaH2PO2 concentration is the main factor determining the P-content and Ni-P deposition time. It is the best factor for fixing the coating thickness. The increase of the Ni-P coating thickness rate also depends on the quantity of carbon fibers in the roving.

PL

Przedstawiono badania nad bezprądową metalizacją włókien węglowych poprzez osadzanie na ich powierzchni warstw Ni-P. Celem pracy było szczegółowe określenie roli parametrów decydujących o morfologii i grubości powłok Ni-P, takich jak: składu roztworu (stężenia soli niklu i reduktora, związku buforującego, stabilizatora, zwilżacza) i jego pH oraz temperatury, a także czasu osadzania i ilości oraz rodzaju metalizowanych włókien. Ze względu na wymagania procesu infiltracji pometalizowanych tkanin węglowych przez stopy aluminium korzystne jest ograniczenie do minimum 2-3% mas. zawartości fosforu w powłokach Ni-P oraz grubość tych powłok poniżej 1 μm. Proces metalizacji, po odpowiednim przygotowaniu włókien, prowadzono z roztworów zawierających NiSO4 - 0,1/0,2 M; NaH2PO2 - 0,1/0,2 M; glicynę - 0,2/0,42 M oraz stabilizatory - NaNO2, NaAsO2, NH4SCN, Na2MoO4, SC(NH2)2 (stężenia 0,01÷1 mM) i środki powierzchniowo czynne (sole amin czwartorzędowych o stężeniu 0,5÷1 mM). Wartość pH zmieniano od 4,5 do 8,5, a temperaturę od 60 do 80oC przy czasach osadzania od 5 do 60 minut. Podłożem były zarówno związki włókien węglowych firmy Tenax, zawierające od 3k do 24k włókien o średnicy 7 μm, jak również tkaniny z tych wiązek oraz kształtki mulitowe (jako podłoża testowe). Stwierdzono, że w warunkach ograniczonych zmian pH podstawowym parametrem kształtowania składu warstw Ni-P jest stosunek stężeń NiSO4/NaH2PO2 w roztworze, a grubość powłok najlepiej jest ustalać poprzez zmiany czasu metalizacji. Szybkość przyrostu grubości powłoki Ni-P zależy też istotnie o rodzaju wiązek.

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 11, nr 2
• Strony: 174--179
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bieliński J.

autor

Sałacińska A.

autor

Kozera R.

autor

Bielińska A.

autor

Boczkowska A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa, Poland,

Bibliografia

• [1] Hyla I., Śleziona J., Podstawy procesów fizykochemicznych w wybranych technologiach wytwarzania kompozytów metalicznych, Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice 1993.
• [2] Chung D. D. L., Carbon Fiber Composites, Chapter 7: Metalmatrix composites, Butterworth-Heinemann, Boston 1994.
• [3] Boczkowska A., Kapuściński J.: Lindemann Z., Witemberg-Perzyk D., Wojciechowski S., Kompozyty, Wyd. 2, Oficyna Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 2003.
• [4] Morgan P., Carbon fibers in metal matrices, [in:] Carbonfibers and their composites, CRC Press, Boca Raton 2005.
• [5] Metal Matrix Composites. Custom-made Materials for Automotive and Aerospace Engineering, Ed. Karl U. Kainer, Wiley-VCH Verlag, Winheim 2006.
• [6] Chung D. D. L., Composite Materials: Science and Applications, 2nd ed., Springer Verlag, London 2010.
• [7] Wang Y. Q., Zhou B. L., Effect of a fiber coating on the fabrication of fiber reinforced metal-matrix composites, J. Mater. Processing Technol. 1998,73, 78.
• [8] Tang Y., Liu L., Li W., Shen B., Hu W., Interface characteristics and mechanical properties of short carbon fibers/Al composites with different coatings, Appl. Surf. Sci. 2009, 255, 4393.
• [9] Abraham S., Pai B. C., Satyanarayana K. G., Vaidyan V. K., Studies on nickel coated carbon fibres and their composites, J. Mater. Sci. 1990, 25, 2839.
• [10] Shi Z., Wang X., Ding Z., The study of electroless deposition of nickel on graphite fibers, Applied Surface Science 1999, 140.
• [11] Sharma S. B., Agarwala R. C., Agarwala V., Satyanarayana K. G., Characterization of carbon fabric coated with Ni-P and Ni-P-ZrO2-Al2O3 by electroless technique, J. Mat. Sci. 2002, 37(24), 5247.
• [12] Rams J., Urena A., Escalera M. D., Sanchez M., Electroless nickel coated short carbon fibres in aluminium matrix composites, Composites: Part A 2007, 38, 566.
• [13] Urena A., Rams J., Escalera M. D., Sanchez M., Effect of copper electroless coatings on the interaction betweena molten Al-Si-Mg alloy and coated short carbon fibres, Composites: Part A 38, 2007, 1947.
• [14] Abd del Hamid Z., Abdel Aal A., Effect of electroless process parameters for nickel-phosphorous coatings on carbon fibers, Anti-Corr. Meth. Mater. 2010, 57(4), 173.
• [15] Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Bezprądowa metalizacja włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów, MMC, Kompozyty (Composites) 2008, 8(4), 332-337.
• [16] Bieliński J., Broda A., Kozera R., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K. J., Rola parametrów bezprądowej metalizacji w procesie wytwarzania pre-kompozytu Ni-P/ włókna węglowe, Kompozyty (Composites) 2010, 10(3), 206-212.
• [17] Sprawozdanie z realizacji polsko-niemieckiego projektu pt. „Kompozyty o osnowie aluminiowej ze wzmocnieniem tekstylnym typu 3-D (3D-CF/Al-MMC) dla elementów podlegających złożonym obciążeniom w przemyśle samochodowym i w budowie maszyn” (koord. Wydział Inżynierii Materiałowej PW; kier. prof. dr hab. inż. Krzysztof J. Kurzydłowski), Etap I, Warszawa 2008-2010.
• [18] Bieliński J., Bielińska A., Bezprądowe osadzanie metali - podstawy teorii i zastosowania, Inżynieria Powierzchni 2005, 10(4), 10.
• [19] Szalkauskas M., Vaszkjalis A., Chimiczeskaja metalizacja plastmass, Chimija, Leningrad 1985.
• [20] Riedel W., Electroless Nickel Plating, ASM Int., Materials Park OH 1991.
• [21] Gaida B., Assmann K., Technologie der Galvanotechnik (1. Auflage), Eugen G.Leutze Verlag, Saulgau 1996.
• [22] Kozera R., Bieliński J., Broda A., Bielińska A., Boczkowska A., Kurzydłowski K. J., Przygotowanie powierzchni włókien węglowych dla wytwarzania kompozytów o osnowie metalicznej, Kompozyty (Composites) 2009, 9(1), 78.
• [23] Bieliński J., Bielińska A., Kulak I., Kuziak J., Michalski J., Konopka K., Bezprądowa metalizacja proszków korundowych dla wytwarzania niskofosforowych kompozytów Al2O3/Ni-P, Kompozyty (Composites) 2005, 5(2), 52.
• [24] Bielińska A., Bieliński J.: Kontrola analityczna procesu bezprądowego osadzania Ni-P, Inżynieria Powierzchni,2001, 6(4), 14.
• [25] Choperija T.N., Chimiczeskoje nikielirovanije niemietalliczeskich materialov, Metallurgija, Moskva 1982.
• [26] Paunovic M., Schlesinger M., Fundamentals of Electrochemical Deposition, Ch. 8. Electroless Deposition, John Wiley & Sons, New York 1998.
• [27] Kozioł G., Badania procesu aktywacji dla chemicznej i elektrochemicznej metalizacji dielektryków (rozprawa doktorska), Politechnika Warszawska, Warszawa 2000.
• [28] Tzeng S. S., Chang F. Y., Electrical resistivity of electroless nickel coated carbon fibers, Thin Solid Films 2001, 388, 143-149.
• [29] Urena A., Rams J., Escalera M. D., Sanchez M., Characterization of interfacial mechanical properties in carbon fiber/aluminium matrix composites by the nanoindentation technique, Comp. Sci. Technol. 2005, 65, 2025.
• [30] Tzeng S. S., Catalytic graphitization of electroless Ni-P coated PAN- based carbon fibers, Carbon 2006, 44, 1986.
• [31] Kobayashi K., Chiba A., Minami N., Effects of ultrasound on both electrolytic and electroless nickel depositions, Ultrasonochemistry 2000, 38, 676.
• [32] Touyeras F., Hihn J. Y., Bourgoin X., Jacques B., Hallez L., Branger V., Effects of ultrasonic irradiation on the properties of coatings obtained by electroless plating and electroplating, Ultrason. Sonochem. 2005, 12, 13.
• [33] Bieliński J., Wybrane zagadnienia procesów bezprądowego osadzania warstw niklowo-fosforowych, Wyd. Pol. Warszawskiej, Warszawa 1985.
• [34] Kotrly S., Sucha L., Handbook of chemical equilibria in analytical chemistry, Ellis Horwood, New York 1985.