專利名稱：一種提高電沉積中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電沉積工藝，具體涉及一種提高電沉積中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝。
背景技術(shù)：
納米復(fù)合電沉積技術(shù)是利用電化學(xué)原理，使不溶性的納米顆粒與欲沉積的金屬離子在陰極表面實(shí)現(xiàn)共沉積，從而獲得具有某些特殊性能的復(fù)合沉積層。由于在復(fù)合沉積層中包含有性能優(yōu)異的納米顆粒，從而可以顯著提高其耐磨、減摩、耐高溫和耐蝕性能，因此在機(jī)械、化工、航空航天、汽車和電子工業(yè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在復(fù)合沉積層中納米顆粒的復(fù)合量越高，分散的均勻性越好，復(fù)合沉積層的耐磨、 抗高溫氧化和耐蝕性能就越好。這主要是由于在復(fù)合電沉積過(guò)程中，納米顆粒的嵌入不僅可以起到細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致復(fù)合沉積層中位錯(cuò)、孿晶以及其它各類晶體缺陷數(shù)量大大增加，加之納米顆粒本身所具有的高強(qiáng)度、高硬度以及其均勻分布在金屬基體中所產(chǎn)生的彌散強(qiáng)化效應(yīng)所致。在傳統(tǒng)的復(fù)合電沉積過(guò)程中，主要是通過(guò)優(yōu)選工藝參數(shù)，諸如鍍液中納米顆粒懸浮量、陰極電流密度、攪拌速度、鍍液溫度、PH值和添加表面活性劑等來(lái)實(shí)現(xiàn)提高納米顆粒在復(fù)合沉積層中的復(fù)合量，最終實(shí)現(xiàn)其各種性能的提高，但其效果十分有限。當(dāng)其它工藝參數(shù)不變時(shí)，復(fù)合共沉積的過(guò)程中的納米顆粒在鍍液中主要是靠機(jī)械攪拌或其它方式攪拌時(shí)所產(chǎn)生的離心力而撞擊到陰極(即芯模)表面，因此在陰極表面的滯留時(shí)間較短，真正實(shí)現(xiàn)復(fù)合共沉積的納米顆粒數(shù)目較少，導(dǎo)致在復(fù)合電沉積層中納米顆粒復(fù)合量較小且分布不太均勻，最終直接影響復(fù)合沉積層的各種性能。因此，如何提高納米顆粒在復(fù)合電沉積層中的復(fù)合量、復(fù)合電沉積層的耐磨性和耐腐蝕性成為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種提高電沉積中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝，該方法在復(fù)合電沉積過(guò)程中，大大提高了納米顆粒在復(fù)合電沉積層中的復(fù)合量和復(fù)合電沉積層的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種提高電沉積過(guò)程中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝，將作為陰極的芯模和作為陽(yáng)極的第一相金屬極分別放置于電鍍液中，所述作為可溶性陽(yáng)極的第一相金屬極位于一環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)，此環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)開有若干通孔，所述第一相金屬極由若干個(gè)第一相金屬餅組成，陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)與所述芯模之間放置若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子，所述第一相金屬餅和非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子直徑均大于所述通孔直徑；所述電鍍液中混合有第二相的納米顆粒；在電沉積過(guò)程中，所述芯模作自旋運(yùn)動(dòng)，所述第一相金屬極產(chǎn)生基質(zhì)金屬離子并沉積于所述芯模表面；同時(shí)， 所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子在芯模自旋運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)下作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，此非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子使所述第二相的納米顆粒在電鍍液中分散的更為均勻，并延長(zhǎng)第二相的納米顆粒在陰極表面的滯留時(shí)間，增大第二相的納米顆粒與基質(zhì)金屬的復(fù)合量。上述工藝技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
1、上述方案中，所述第一相金屬極(基質(zhì)金屬)為鎳、銅或者其它金屬。2、上述方案中，所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子直徑為4 7 mm。3、上述方案中，所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子為玻璃球或者陶瓷球。4、上述方案中，所述環(huán)形陽(yáng)極筐面向芯模一側(cè)的形狀與芯模表面形狀相同。5、上述方案中，所述環(huán)形陽(yáng)極筐一側(cè)設(shè)有無(wú)紡布層或者尼龍布層。6、上述方案中，所述無(wú)紡布層或者尼龍布層位于所述環(huán)形陽(yáng)極筐面向芯模的一側(cè)。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)和效果
本發(fā)明在制備復(fù)合電沉積層時(shí)，使作為第二相納米顆粒依靠電鍍液中非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子的運(yùn)動(dòng)而被帶到芯模(陰極)表面，延長(zhǎng)其在芯模表面的滯留時(shí)間，增大被基質(zhì)金屬捕獲的幾率，非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子紊亂的運(yùn)動(dòng)軌跡可以使納米顆粒在復(fù)合電沉積過(guò)程中分散的更為均勻，通過(guò)選用不同的基質(zhì)金屬和性能不同的納米顆粒，能以較快的速度制備出晶粒細(xì)小、組織均勻致密、納米顆粒復(fù)合量較高且分布均勻、表面平整光滑的復(fù)合電鑄層；其次，電鍍液中硬質(zhì)粒子對(duì)復(fù)合電鑄層表面產(chǎn)生的擠壓作用，從而使復(fù)合電鑄層表面呈現(xiàn)壓應(yīng)力，有利于提高其疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性；再次，本發(fā)明第一相金屬極由若干個(gè)第一相金屬餅組成，并且環(huán)形陽(yáng)極筐面向芯模一側(cè)的形狀與芯模表面形狀相同，這種設(shè)計(jì)保證了在電沉積過(guò)程中電鍍液中電場(chǎng)分布更均勻，有利于形成均勻的電沉積層。


附圖1為本發(fā)明制備高性能復(fù)合電沉積層系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為本發(fā)明沉積單元結(jié)構(gòu)示意主視附圖3為附圖2的俯視圖。以上附圖中1、電機(jī)；2、芯模；3、非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子；4、第一相金屬極；5、復(fù)合電鑄層；6、尼龍布層；7、頂尖；8、陰極托板；9、電鍍槽；10、環(huán)形陽(yáng)極筐；11、納米顆粒；12、導(dǎo)電裝置；13、電源；14、加熱器；15、溫控儀；16、儲(chǔ)液槽；17、磁力泵；18、過(guò)濾器；19、溢流閥； 20、球閥；21、第一導(dǎo)流管；22、第二導(dǎo)流管；23、第三導(dǎo)流管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例一種提高電沉積中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝，
將作為陰極的芯模2和作為陽(yáng)極的第一相金屬極4分別放置于電鍍液中，所述芯模2 和第一相金屬極4之間設(shè)有環(huán)形陽(yáng)極筐10，此環(huán)形陽(yáng)極筐10面向芯模2 —側(cè)開有若干通孔，所述第一相金屬極4由若干個(gè)第一相金屬餅組成，此若干個(gè)第一相金屬餅置于該環(huán)形陽(yáng)極筐10內(nèi)，環(huán)形陽(yáng)極筐10與所述芯模2之間放置若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3，所述第一相金屬餅和非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3直徑均大于所述通孔直徑；通孔用于形成電沉積所需的電場(chǎng)和金屬離子的通過(guò)。第二相納米顆粒11混合在電鍍液中，構(gòu)成一定濃度的復(fù)合電鍍液。所述芯模2作自旋運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3，如玻璃球、陶瓷球等作
4不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡紊亂的非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3使納米顆粒11在電鍍液中分散的更為均勻，并對(duì)正在實(shí)現(xiàn)共沉積的納米顆粒11有一定的擠壓作用，延長(zhǎng)其在陰極表面的滯留時(shí)間，增大與基質(zhì)金屬實(shí)現(xiàn)復(fù)合共沉積的機(jī)會(huì)，同時(shí)非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3對(duì)復(fù)合電鑄層5表面進(jìn)行一定程度的擠壓和磨擦，有效地去除沉積層表面的吸附氣泡和積瘤。通過(guò)加熱器14和溫控儀15調(diào)整電鍍液的溫度，電鍍液經(jīng)過(guò)濾后循環(huán)使用。上述第一相金屬(基質(zhì)金屬)為鎳、銅或其它金屬。上述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3直徑為4 7 mm。上述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3為玻璃球或者陶瓷球。上述環(huán)形陽(yáng)極筐10面向芯模2 —側(cè)的形狀與芯模2表面形狀相同，以得到均勻的電流密度。上述環(huán)形陽(yáng)極筐10 —側(cè)設(shè)有無(wú)紡布層或者尼龍布層6，防止納米顆粒11過(guò)多的滲入到可溶性第一相金屬極4中而影響電鍍液中納米顆粒的濃度。上述無(wú)紡布層或者尼龍布層6位于所述環(huán)形陽(yáng)極筐10面向芯模的一側(cè)。為實(shí)現(xiàn)上述電沉積工藝，通過(guò)如附圖1-3所示沉積復(fù)合量的裝置，包括電源13、 作為可溶性陽(yáng)極的第一相金屬極4、電鍍槽9和位于電鍍槽9中并作為陰極的芯模2，與所述芯模2上表面連接的用于驅(qū)動(dòng)所述芯模自旋的電機(jī)1，用于放置第一相金屬極4的環(huán)形陽(yáng)極筐10，此環(huán)形陽(yáng)極筐10內(nèi)側(cè)開有若干通孔，所述芯模2由此環(huán)形陽(yáng)極筐10包圍，若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3位于此環(huán)形陽(yáng)極筐10內(nèi)側(cè)與所述芯模2之間，所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3直徑大于所述通孔直徑；一尼龍布層6外覆于所述環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)。上述電源13的負(fù)極通過(guò)導(dǎo)電裝置12與芯模2相連。上述第一相金屬極4由若干第一相金屬餅組成，此第一相金屬餅直徑大于所述通孔直徑。上述裝置還包括一位于所述芯模2下方用于支撐芯模2的頂尖7。上述裝置還包括位于芯模2下表面的陰極托板8。上述裝置還包括一儲(chǔ)液槽16，第一導(dǎo)流管21 —端位于所述電鍍槽9上部，第一導(dǎo)流管21另一端連接到所述儲(chǔ)液槽16底部；
第二導(dǎo)流管22 —端位于所述儲(chǔ)液槽16內(nèi)，第二導(dǎo)流管22另一端連接到所述電鍍槽9 底部；
第三導(dǎo)流管23 —端與所述第一導(dǎo)流管21中部導(dǎo)通連接，第三導(dǎo)流管23另一端位于所述儲(chǔ)液槽16內(nèi)，一位于第一導(dǎo)流管21上的磁力泵17安裝在第三導(dǎo)流管23和第一導(dǎo)流管 21的接點(diǎn)與儲(chǔ)液槽16之間。上述裝置，一加熱器14位于所述儲(chǔ)液槽16內(nèi)，一溫控儀15連接到此加熱器14。上述裝置，一位于第一導(dǎo)流管21上的過(guò)濾器18安裝在第三導(dǎo)流管23和第一導(dǎo)流管21的接點(diǎn)與磁力泵17之間，一位于第一導(dǎo)流管21上的球閥20安裝在第三導(dǎo)流管23和第一導(dǎo)流管21的接點(diǎn)與電鍍槽之間，一位于第三導(dǎo)流管23上的溢流閥19安裝在第三導(dǎo)流管23和第一導(dǎo)流管21的接點(diǎn)與儲(chǔ)液槽16之間。上述芯模2接電源13的負(fù)極，并以較低速度轉(zhuǎn)動(dòng)；芯模2的作用是使欲沉積的金屬離子和納米顆粒11共同沉積到其表面形成復(fù)合電鑄層5;可溶性金屬陽(yáng)極4，此可溶性陽(yáng)極4的作用是產(chǎn)生基質(zhì)金屬離子，此可溶性陽(yáng)極4接電源13的正極；與所述芯模2連接的用于驅(qū)動(dòng)所述芯模2自旋的電機(jī)1，電沉積開始前此電機(jī)軸帶動(dòng)芯模2以較快速度旋轉(zhuǎn)，對(duì)電鍍液中納米顆粒起到一定程度的攪拌作用，使納米顆粒11分散的更為均勻；位于所述可溶性金屬陽(yáng)極4與所述芯模2之間的陽(yáng)極筐10 ；若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子3位于此陽(yáng)極筐10與所述芯模2之間，一尼龍布層6外覆于所述陽(yáng)極筐10面向芯模的一側(cè)。本實(shí)施例沉積完畢，切斷電源13，停止電沉積過(guò)程，取出芯模2，并將復(fù)合電鑄層5 與芯模2分離，即得到所需性能的零件或毛坯件。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高電沉積中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝，將作為陰極的芯模和作為陽(yáng)極的第一相金屬極分別放置于電鍍液中，其特征在于所述作為可溶性陽(yáng)極的第一相金屬極位于一環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)，此環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)開有若干通孔，所述第一相金屬極由若干個(gè)第一相金屬餅組成，陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)與所述芯模之間放置若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子，所述第一相金屬餅和非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子直徑均大于所述通孔直徑；所述電鍍液中混合有第二相的納米顆粒；在電沉積過(guò)程中，所述芯模作自旋運(yùn)動(dòng)，所述第一相金屬極產(chǎn)生基質(zhì)金屬離子并沉積于所述芯模表面；同時(shí)，所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子在芯模自旋運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)下作不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，此非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子使所述第二相的納米顆粒在電鍍液中分散的均勻，并延長(zhǎng)第二相的納米顆粒在陰極表面的滯留時(shí)間，增大第二相的納米顆粒與基質(zhì)金屬的復(fù)合量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積工藝，其特征在于所述第一相金屬極為鎳或銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉積工藝，其特征在于所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子直徑為4 7 mm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉積工藝，其特征在于所述非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子為玻璃球或者陶瓷球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉積工藝，其特征在于所述環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)形狀與芯模表面形狀相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的沉積工藝，其特征在于所述環(huán)形陽(yáng)極筐一側(cè)設(shè)有無(wú)紡布層或者尼龍布層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電沉積工藝，其特征在于所述無(wú)紡布層或者尼龍布層位于所述環(huán)形陽(yáng)極筐面向芯模的一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種提高電沉積過(guò)程中納米顆粒復(fù)合量的沉積工藝，將作為陰極的芯模和作為陽(yáng)極的第一相金屬極分別放置于電鍍液中，所述作為可溶性陽(yáng)極的第一相金屬極位于一環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)，此環(huán)形陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)開有若干通孔，所述第一相金屬極由若干個(gè)第一相金屬餅組成，此若干個(gè)第一相金屬餅置于該陽(yáng)極筐內(nèi)，陽(yáng)極筐內(nèi)側(cè)與所述芯模之間放置若干非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子，所述第一相金屬餅和非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子直徑均大于所述通孔直徑；所述電鍍液中混合有第二相的納米顆粒；所述芯模作自旋運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明大大提高了納米顆粒在復(fù)合電鑄層中的復(fù)合量以及復(fù)合電鑄層的疲勞強(qiáng)度、耐磨性和耐腐蝕性。
文檔編號(hào)C25D5/04GK102162117SQ20111007257
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者張文峰, 李耀輝, 杜潔, 趙海燕 申請(qǐng)人:蘇州市職業(yè)大學(xué)