電鑄製造納米複合沉積層工藝的製作方法
2023-09-21 07:34:40
專利名稱：電鑄製造納米複合沉積層工藝的製作方法
技術領域：
本發明中的電鑄製造納米複合沉積層的工藝，屬於電鑄加工領域。
背景技術：
納米材料是由極細晶粒組成，特徵維度尺寸在0.1～100nm的固體材料。納米材料由於其獨特的結構而具有小尺寸效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面和界面效應等與傳統材料不同的物理和化學性質。隨著納米材料在其研製、性能及應用等方面研究的不斷深入，極大地推動了材料科學研究的向前發展，同時納米顆粒的出現也為傳統的複合電沉積技術帶來了新的發展機遇。
納米複合電沉積是在電沉積過程中，將性能優良的納米顆粒加入到鍍液中，使其與金屬或合金實現共沉積，並形成具有某些特殊功能的納米複合鍍層。將納米顆粒引入金屬鍍層中而賦予金屬鍍層以納米顆粒獨特的物理及化學性能的納米複合電沉積技術，開闢了製備納米複合材料的新途徑，是納米材料研究領域中極具活力的研究方向之一。它不僅表現在由該技術製備的納米複合材料由於其中納米顆粒增強相的存在，在硬度、耐磨減摩、內應力、耐蝕性、熱穩定性、電催化性能和光催化性能等方面都顯示出其獨特的性能，因此在機械、化工、航天航空、汽車、電子以及紡織工業等領域有著極其廣闊的應用前景，同時還體現在複合電沉積工藝具操作溫度低、投資少、沉積層組成多樣化和節省材料等優點。
納米複合鍍層優良的性能是建立在納米顆粒均勻分布基礎之上的。但是，納米顆粒常常團聚於電鑄液中，實踐中常採用機械攪拌、超聲振動或者兩者的複合攪拌方式，或者加分散劑的方法來分散納米顆粒。機械攪拌很難有效分散納米顆粒；超聲攪拌有一定分散效果，但一旦停止超聲振動，納米顆粒就迅速團聚，而如果在電鑄過程中長時間使用超聲攪拌，則會使溶液溫度過高，影響沉積層的質量；在鑄液中加入分散劑可在一定程度抑制納米顆粒的團聚，但是分散劑在電鑄過程不斷消耗，其消耗量很難計算，並且分散劑會複合到鑄層中影響鑄層質量。如何很好的解決複合電沉積過程中納米顆粒的團聚，已成為該技術進一步發展的瓶頸。
發明內容
本發明的目的是針對現有納米複合沉積技術中納米顆粒分散方法的不足，提供一種高效率、分散效果好且操作簡便的加工方法。
1、一種電鑄製造納米複合沉積層工藝，其特徵在於包括以下步驟(a)、配製含有納米顆粒及直徑為100-4000微米的惰性微米顆粒的電鑄液，且微米顆粒總量與納米顆粒的總量其重量比為1∶1---20∶1；且納米顆粒與微米顆粒總重量佔鑄液重量的1％～30％；(b)、將電鑄液攪拌均勻後，接通電鑄電源進行納米複合沉積層的製造；(c)、電鑄製造過程中，不斷攪拌鑄液。
選擇的微米顆粒粒徑要大於100小於4000微米是因為，一方面大於100微米的粒子不能複合到沉積層中，因而不會形成納米與微米顆粒並存的複合鍍層，降低鍍層的性能；另一方面大直徑的顆粒具有大的質量，運動過程中擁有更大的動能，更能有效的撞擊團聚的納米顆粒，達到高效分散納米顆粒的效果。但是微米粒子也不能大於4000微米，否則，由於粒子太重造成攪拌困難。由於微米粒子與納米粒子相比，重量大很多，為保證溶液中有足夠的微米粒子數量，需保證加入鑄液中的微米顆粒總量與納米顆粒的總量其重量比為1∶1---20∶1。
電鑄溶液中的微米顆粒需採用SiC、Al2O3等惰性粒子；納米顆粒用於形成納米複合鍍層，微米顆粒用於分散納米顆粒和去除氣泡；在機械攪拌或超聲振動或兩者結合的複合攪拌攪拌方式下，驅使微米顆粒不停的運動，磨擦、衝擊沉積層表面，迅速、徹底地去除吸附氣泡以及打散鑲嵌在沉積表面的納米糰聚顆粒，同時它們不停的撞擊鑄液中的納米糰聚顆粒並將其打散，達到有效分散納米顆粒，提高鑄層中納米顆粒均勻性，從而提高整個鑄層質量的目的。在微米顆粒撞擊納米複合沉積層表面時，還起到一種類似噴丸處理的效果，使沉積層表面出現壓應力，提高電鑄層的力學性能。
應用本發明能以製備出緻密性好、納米顆粒分散均勻、表面平整、性能優良的電鑄複合材料。
圖1為電鑄製造納米複合沉積層過程示意圖。
圖1中標號名稱1、微粒顆粒，2、納米顆粒，3、氣泡，4、納米複合沉積層，5、陰極，6、複合沉積層表層的納米糰聚顆粒，7、電源，8、陽極，9、溶液中的納米糰聚顆粒，10、加熱器，11、溫度控制儀，12、溫度傳感器，13、沉積槽，14、電鑄溶液。
具體實施例方式
下面結合圖1及具體實例說明實施本發明——「電鑄製造納米複合沉積層工藝」的操作過程。
(1)配製含有納米顆粒2和微米顆粒1的電鑄溶液14，納米顆粒2用於形成納米複合鍍層4，微米顆粒1用於分散納米顆粒和去除氣泡；微米顆粒1與納米顆粒2可為同種顆粒也可以是不同種類的粒子，且微米顆粒的粒徑較大(直徑大於100微米小於4000微米)，微米顆粒總量與納米顆粒的總量其重量比為1∶1---20∶1；且納米顆粒與微米顆粒總重量佔鑄液重量的1％～30％，(2)選擇合適的攪拌方式(如機械攪拌、超聲振動或兩者結合的複合攪拌)；(3)由加熱器10，溫度控制儀11，溫度傳感器12組成的溫度控制系統控制電鑄液14的溫度；(4)接通電源進行電沉積，在攪拌力的驅使下微米顆粒1不停的運動，磨擦、衝擊沉積層4的表面，迅速、徹底地去除吸附氣泡3以及打散鑲嵌在沉積電層表層的納米糰聚顆粒6，同時它們不停的撞擊鑄液中的納米糰聚顆粒9並將其打散，達到有效分散納米顆粒，提高鑄層中納米顆粒均勻性，從而提高整個鑄層質量的目的。
下面以電沉積Ni-ZrO2納米複合鍍層為例電鑄液成分如下氨基磺酸鎳400g/L；氯化鎳15g/L；硼酸30g/L；納米ZrO220g/L；微米(粒徑為200微米)SiC40g/L；表面活性劑適量。選擇合適的攪拌方式(如機械攪拌、超聲振動或兩者結合的複合攪拌)攪拌1小時後，將陰極5、陽極8放入電鑄液中，接通電源7開始電沉積。電沉積過程中繼續進行攪拌，在攪拌力的驅使下微米SiCl不停的運動，磨擦、衝擊Ni-ZrO2納米複合鍍層4的表面，迅速、徹底地去除吸附氣泡3以及打散鑲嵌在沉積電層表層的納米ZrO2團聚顆粒6，同時它們不停的撞擊鑄液中的納米ZrO2團聚顆粒9並將其打散。由於微米SiC粒子的粒徑達200微米，不會複合到沉積層中，且由於其質量大，由攪拌獲得的能量足夠大，有效的撞擊團聚的納米顆粒和氣泡，達到高效分散納米顆粒和去除氣泡的效果。在微米顆粒1撞擊納米複合沉積層表面4時，還起到一種類似噴丸處理的效果，使沉積層表面出現壓應力，提高電鑄層的力學性能。
整個電鑄過程由加熱器10，溫度控制儀11，溫度傳感器12組成的溫度控制系統控制電鑄液14的溫度。
權利要求
1.一種電鑄製造納米複合沉積層工藝，其特徵在於包括以下步驟(a)、配製含有納米顆粒及直徑為100-4000微米的惰性微米顆粒的電鑄液，且微米顆粒總量與納米顆粒的總量其重量比為1∶1---20∶1；且納米顆粒與微米顆粒總重量佔鑄液重量的1％～30％；(b)、將電鑄液攪拌均勻後，接通電鑄電源進行納米複合沉積層的製造；(c)、電鑄製造過程中，不斷攪拌鑄液。
全文摘要
一種電鑄製造納米複合沉積層工藝，屬於電鑄加工領域。該工藝包括以下步驟(a)配製含有納米顆粒及直徑為100－4000微米的惰性微米顆粒的電鑄液，且微米顆粒總量與納米顆粒的總量其重量比為1∶1—20∶1；且納米顆粒與微米顆粒總重量佔鑄液重量的1％—30％；(b)將電鑄液攪拌均勻後，接通電鑄電源進行納米複合沉積層的製造；(c)電鑄製造過程中，不斷攪拌鑄液。應用本發明能製備出緻密性好、納米顆粒分散均勻、表面平整、性能優良的電鑄複合材料零件/塗層。
文檔編號C25D15/00GK101016635SQ20061016169
公開日2007年8月15日 申請日期2006年12月31日 優先權日2006年12月31日
發明者曲寧松, 朱荻, 曾永彬 申請人:南京航空航天大學