宣兆龍，張倩

（軍械工程學院，石家莊 050003）

膨脹石墨（EG，expanded graphite）作為一種新型碳素材料，以其膨化率高、導電率高、吸附性強、隔熱性能優(yōu)良等優(yōu)點在吸附、密封、減震、環(huán)保等方面得到廣泛應用。文獻[1]報道了膨脹石墨蠕蟲因其吸收、散射特性而在電磁屏蔽領域得到應用。非晶態(tài)合金則由于其優(yōu)異的力學、化學及磁學等性能廣泛應用于表面金屬材料。筆者研究了化學鍍在膨脹石墨表面及內(nèi)部孔結構上制備Ni-Co-P非晶態(tài)合金鍍層及其對膨脹石墨電磁屏蔽效能的影響，探索了能夠同時提高膨脹石墨電、磁損耗的新途徑。

1 Ni-Co-P/EG 復合材料制備

目前，非晶態(tài)合金的制備方法主要有液態(tài)急冷法（包括激光加熱）、氣相沉積法（包括真空蒸鍍、離子鍍、濺射法、CVD 等）、溶液離子鍍（電鍍、化學鍍等）等制備方法[1]。與其他方法相比，化學鍍方法具有鍍層厚度均勻且易于控制，表面光亮致密，材料適用性廣，工藝設備簡單等優(yōu)點，是獲得非晶態(tài)合金最為經(jīng)濟、簡便的技術手段[2—4]。

非晶態(tài)合金作為在性能上優(yōu)于其他材料的新型電磁屏蔽材料是利用磁旁路原理來引導場源所產(chǎn)生的電磁能流，使電磁能量不進入空間防護區(qū)。但是，僅采用單一的鍍層材料難以獲得良好的使用效果。為此可在化學鍍鎳磷溶液中加入其他金屬鹽，以產(chǎn)生三元非晶態(tài)合金，如Ni-Cu-P，Ni-Co-P等[5]。筆者選擇的Ni-Co-P 合金鍍層與Ni-P 合金相比，具有更高的導電性和耐蝕性，鎳與鈷的磁導率很高，約為銅粉的100倍，而且導電穩(wěn)定性也比較好，適于作磁屏蔽材料?；瘜W鍍Ni-Co-P鍍液基礎配方及工藝流程如下：膨脹石墨除油—粗化—敏化—活化—還原—化學鍍鎳-鈷。

膨脹石墨（自制）在50～60 ℃下NaOH水溶液（質(zhì)量分數(shù)為10%）中超聲震蕩15 min，取出樣品用去離子水沖洗至中性，用抽濾漏斗過濾，將得到的膨脹石墨加入適量去離子水洗滌至中性。然后在50～60 ℃下HNO3水溶液（質(zhì)量分數(shù)為10%）中超聲波震蕩粗化15 min，取出樣品用去離子水沖洗至中性，放入烘箱中40 ℃烘干。用敏化液（鹽酸體積濃度為60 mL/L，SnCl2·2H2O質(zhì)量濃度為10 g/L）室溫下超聲波震蕩敏化15 min，取出樣品用去離子水沖洗干凈。用活化液（鹽酸體積濃度為10 mL/L，PbCl2質(zhì)量濃度為0.3 g/L）室溫下超聲波震蕩活化15 min，取出后用去離子水沖洗3～5次。將1 g經(jīng)敏化—活化處理過的膨脹石墨加入裝有100 mL鍍液（CoSO4·7H2O質(zhì)量濃度為14 g/L，NiSO4·6H2O質(zhì)量濃度為14 g/L，C6H5Na3O7·2H2O質(zhì)量濃度為70 g/L，NaH2PO3·H2O質(zhì)量濃度為30 g/L）的錐形瓶，并將錐形瓶置入超聲波振蕩器，在水溫85℃以及超聲波震蕩的條件下進行反應。反應時有大量的氣泡放出，鍍覆時間分別為10，20，30，40 min，在反應過程中應間斷地用玻璃棒進行攪拌，防止鍍覆過程中由于粉體增重而沉入瓶底影響鍍覆的效果。

2 Ni-Co-P/EG復合材料電磁性能分析

2.1 表征

圖1 是化學鍍Ni-Co-P 合金前后膨脹石墨的外觀形貌。

由圖1 可知，合金鍍覆后并未改變膨脹石墨的形態(tài)，仍為彎曲蠕蟲狀，表面呈現(xiàn)灰的金屬色，經(jīng)能譜檢測為Ni-Co-P合金。

圖1 化學鍍Ni-Co-P合金前后膨脹石墨的外觀形貌Fig.1 Appearance of EG and Ni-Co-P alloy plated EG

2.2 電性能測試

稱取一定質(zhì)量的膨脹石墨壓片，壓強為5 MPa。電阻率測試采用與膨脹石墨接觸面為1 cm2的棒狀電極，按圖2所示進行對角測試，并符合以下要求：

1）電極截面必須清潔；

2）測試電極采用端面為10 mm×10 mm 的方塊；

3）為使電極截面與被測樣品有良好的接觸，測試端面應施加2 kg/cm2的壓強；

4）測試設備的精度不低于0.001 Ω。

歐姆計選用美國生產(chǎn)的數(shù)字化萬用表（PACKARD 3455A Digital Volt Meter），精度不低于 0.001 Ω。為使所測表面電阻率準確、可靠，測試時，按圖2 所示位置進行兩次對角測試，測試樣品為正方形（100 mm×100 mm），4 個電極電位分別置于4 個角，對角距離為L，所得測量值分別為R1，R2。

表面電阻率ρs為：

ρs=（ρs1+ρs2）/2

式中：ρs1=R1/L；ρs2=R2/L；L=127 mm。

圖2 化學鍍膨脹石墨表面電阻率測試Fig. 2 Sketch map of measuring surface resistivity of Ni-Co-P alloy plated EG

膨脹石墨在鍍覆金屬10，20，30，40 min 時表面電阻率與鍍層金屬沉積量之間的關系見表1，膨脹石墨表面沉積了一層連續(xù)的Ni-Co-P合金鍍層使其表面電阻率大幅度降低到5.47×10-2Ω/cm 左右，使塑料具有了導電性能。

表1 沉積時間與鍍層金屬Ni-Co沉積量、表面電阻率關系Table 1 The deposit time and deposit rate of metal Ni-Co and its surface resistivity

2.3 電磁屏蔽性能

將EG壓制成直徑為100 mm、厚度為2 μm的圓片試樣，用網(wǎng)絡分析儀測定其屏蔽效能的高低，頻率掃描點為200，400，600，800，1 000 MHz。圖3為石墨蠕蟲化學鍍Ni-Co-P合金前后電磁屏蔽效能變化趨勢圖。

圖3 電磁屏蔽效能變化Fig. 3 Electromagnetic shielding efficiency of EG and Ni-Co-P alloy plated EG

由圖3 可以看出，電磁屏蔽效能隨頻率的變化趨勢明顯不同，未鍍合金前膨脹石墨電磁屏蔽效能隨頻率的增加呈現(xiàn)逐漸增大趨勢；鍍覆合金后膨脹石墨的電磁屏蔽效能基本平穩(wěn)，維持在高水平，電磁屏蔽效能均高于50 dB，最高達到69 dB。由電磁屏蔽的傳輸線理論（Schelkunoff理論）可知，Ni-Co-P合金可有效提高復合材料的相對磁導率和相對電導率，從而達到提高材料電磁屏蔽性能的目的。

3 結論

通過表面化學鍍Ni-Co-P 三元非晶態(tài)合金鍍層，Ni-Co-P/EG 材料電磁屏蔽效能明顯提高，Ni-Co-P/EG 材料電磁屏蔽效能均高于50 dB，最高達到69 dB。主要是Ni-Co-P 三元合金鍍層中鐵磁性很強的鈷元素的加入，使鍍層的相對電導率與磁導率的乘積增大，電磁波的吸收損耗增加。

[1]曹夢竺，陽應華，王興涌.膨脹石墨的研究與應用現(xiàn)狀[J].炭素技術，2003，127（4）：34—36.

[2]渡辺徹.非晶質(zhì)めつき[J].金屬表面技術，1987，38：210—216.

[3]姜曉霞，沈偉.化學鍍理論與實踐[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004：120—123.

[4]高誠輝.鐵-鎳-磷合金電沉積及其摩擦學行為[D].北京：機械科學研究院，1990：12—15.

[5]宣天鵬，卑多慧.化學鍍鈷-鎳-磷合金鍍層沉積速度的探討[J].電鍍與涂飾，2000，19（2）：6—9.