CN101260555B - 在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法 - Google Patents
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Abstract
在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法，它涉及一种等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法。它克服了现有等离子体液相电解沉积技术不能对铜及其合金进行表面处理的技术偏见，解决了无法利用该技术在铜及其合金表面直接制备陶瓷膜的问题。方法步骤是：一、对铜及其合金的待反应表面进行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反应面积，再放入电解液中作为阳极；二、以不锈钢为阴极，接通脉冲电源，均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积，得到表面沉积陶瓷膜的铜及其合金。本发明实现了铜及其合金表面的等离子体液相电解沉积陶瓷膜，克服了现有等离子体液相电解沉积技术不能对铜及其合金进行表面处理的技术偏见。
Description
技术领域
本发明涉及一种等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法。
背景技术
铜具有良好的强度、机械加工性能、导电性、导热性、耐腐蚀性等特点，广泛应用于工业、军事及民用等各个领域。但铜的表面硬度不够高，容易磨损，表面涂层强化的方法可以有效提高铜的耐磨性能，进一步改善耐蚀性，但普通涂层是与铜基体的结合强度不高，因此有必要寻求更好的表面涂层技术。
等离子体液相电解沉积技术(微弧氧化技术)，作为一项表面处理技术，在材料表面尤其是金属表面改性取得了很大成功，成为材料表面研究领域的热点。但该技术仅在所谓阀金属及其合金表面处理上获得了直接应用，长期以来业界一直认为不能直接在钢铁和铜等金属材料上应用，目前对于铜的等离子体液相电解沉积改性的研究未见报道。
发明内容
本发明克服了现有等离子体液相电解沉积技术不能对铜及其合金进行表面处理的技术偏见，目的是解决无法利用该技术在铜及其合金表面直接制备陶瓷膜的问题，而提供一种在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法。
在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法按以下步骤实现：一、对铜及其合金的待反应表面进行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反应面积，再放入电解液中作为阳极；二、以不锈钢为阴极，接通脉冲电源，均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积5～60min，得到表面沉积陶瓷膜的铜及其合金；其中步骤一电解液中的电解质是质量浓度1～20g/L的铝酸钠、0～5g/L的硅酸钠、0～5g/L的磷酸二氢钠、0～5g/L的焦磷酸钠、0～3g/L的次亚磷酸钠、0～3g/L的硫酸钠、0～10g/L的钒酸钠、0～10g/L的氟锆酸钾、0～20g/L的氟铝酸钠、0～20g/L的氟钛酸钾、0～50g/L的氧化锆、0～50g/L的氧化铜、0～50g/L的二氧化钛、0～30g/L的氧化亚铁和0～40g/L的氧化铝；步骤二中脉冲电源为电流控制模式恒功率脉冲电源。
本发明利用不同电源模式所提供的不同能量供应方式和适当的电解液体系，激活并增强铜在阳极上发生化学过程，产生等离子体反应，实现了铜及其合金表面的等离子体液相电解沉积陶瓷膜，扩大了等离子体液相电解沉积技术的应用范围，克服了现有等离子体液相电解沉积技术不能对铜及其合金进行表面处理的技术偏见；可实现深色或黑色膜层的制备，具有很好的协调搭配性能，在保持膜层良好性能的基础上为进一步开发兼顾装饰性能创造了条件。
附图说明
图1为具体实施方式十中所得表面沉积陶瓷膜的铜的XRD谱图，“■”表示氧化铝，“▼”表示氧化铜；图2为具体实施方式十中所得表面沉积陶瓷膜的黄铜的表面形貌放大500倍的电镜扫描图；图3为具体实施方式十中所得表面沉积陶瓷膜的黄铜的表面形貌放大2000倍的电镜扫描图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法按以下步骤实现：一、对铜及其合金的待反应表面进行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反应面积，再放入电解液中作为阳极；二、以不锈钢为阴极，接通脉冲电源，均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积5～60min，得到表面沉积陶瓷膜的铜及其合金；其中步骤一电解液中的电解质是质量浓度1～20g/L的铝酸钠、0～5g/L的硅酸钠、0～5g/L的磷酸二氢钠、0～5g/L的焦磷酸钠、0～3g/L的次亚磷酸钠、0～3g/L的硫酸钠、0～10g/L的钒酸钠、0～10g/L的氟锆酸钾、0～20g/L的氟铝酸钠、0～20g/L的氟钛酸钾、0～50g/L的氧化锆、0～50g/L的氧化铜、0～50g/L的二氧化钛、0～30g/L的氧化亚铁和0～40g/L的氧化铝；步骤二中脉冲电源为电压控制模式脉冲电源或电流控制模式恒功率脉冲电源。
本实施方式中铜合金可以为现有各种型号的铜合金。
本实施方式中根据电解质成分的不同，可以在铜及其合金表面制备不同成分的陶瓷膜。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中对铜及其合金的待反应表面进行清理采用600#和1000#碳化硅砂纸打磨，清水冲洗后放入丙酮溶液中泡洗，然后用蒸馏水冲洗，再晾干。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中电解液中的电解质是质量浓度6～10g/L的铝酸钠、0.1～3g/L的磷酸二氢钠、1～5g/L的氟锆酸钾和20～50g/L的氧化锆。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式所配制的电解液，制备出含有铝与锆的陶瓷膜。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中电解液中的电解质是质量浓度6～10g/L的铝酸钠、0.1～3g/L的磷酸二氢钠、1～8g/L的氟钛酸钾和20～50g/L的二氧化钛。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式所配制的电解液，制备出含有铝与钛的陶瓷膜。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中电解液中的电解质是质量浓度8～12g/L的铝酸钠、0.1～1.2g/L的磷酸二氢钠、0.1～0.8g/L的焦磷酸钠、0.1～1g/L的次亚磷酸钠、0.18～0.22g/L的硅酸钠、0.3～0.7g/L的硫酸钠、1～5g/L的钒酸钠和30～60g/L的氧化铜。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式所配制的电解液，制备出含有铝和铜的陶瓷膜。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中电解液中的电解质是质量浓度6～12g/L的铝酸钠、1～3g/L的磷酸二氢钠、20～50g/L的氧化铝和20～50g/L的氧化亚铁。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式所配制的电解液，制备出含有铝和铁的陶瓷膜。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中脉冲电源为电压控制模式脉冲电源，输出平均电压为0.5～600v，频率为60～3000Hz，平均电流为0.5～20A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中电流控制模式恒功率脉冲电源，输出平均电压为9～150v，频率为1000～3000Hz，峰值电流为30～250A。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积20min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中均匀搅拌采用电动搅拌，搅拌是为了搅拌是在反应过程中保持溶液的均一稳定；通过调节沉积时间，得到厚度为30～100μm的陶瓷膜。
具体实施方式十：本实施方式在铜表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法按以下步骤实现：一、对纯铜的待反应表面进行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反应面积，再放入电解液中作为阳极；二、以不锈钢为阴极，接通电流控制模式恒功率脉冲电源，均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积15min，得到表面沉积陶瓷膜的铜；其中步骤一电解液中的电解质是质量浓度10g/L的铝酸钠、1.6g/L的磷酸二氢钠、0.5g/L的硫酸钠、0.5g/L的硅酸钠、2g/L的钒酸钠和50g/L的氧化铜；步骤二中电流控制模式恒功率脉冲电源，输出平均电压为15～100v，频率为2000Hz，峰值电流为100～150A。
本实施方式中所得表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的铜，陶瓷膜厚度为38～42μm，从XRD谱图(图1)中可以看出，陶瓷膜层成分为氧化铝和氧化铜，从表面形貌电镜扫描图(图2和图3)中可以看出，陶瓷膜层细密平整，可以清晰的看出放电通道的孔洞，孔径小，同时膜层表面没有明显的微裂纹，陶瓷膜性能较好；以GCr15钢球为摩擦副，陶瓷膜的干摩擦系数低于0.1。
Claims (3)
1.在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法，其特征在于在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法按以下步骤实现：一、对铜及其合金的待反应表面进行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反应面积，再放入电解液中作为阳极；二、以不锈钢为阴极，接通脉冲电源，均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积5～60min，得到表面沉积陶瓷膜的铜及其合金；其中步骤一电解液中的电解质是质量浓度1～20g/L的铝酸钠、0～5g/L的硅酸钠、0～5g/L的磷酸二氢钠、0～5g/L的焦磷酸钠、0～3g/L的次亚磷酸钠、0～3g/L的硫酸钠、0～10g/L的钒酸钠、0～10g/L的氟锆酸钾、0～20g/L的氟铝酸钠、0～20g/L的氟钛酸钾、0～50g/L的氧化锆、0～50g/L的氧化铜、0～50g/L的二氧化钛、0～30g/L的氧化亚铁和0～40g/L的氧化铝；步骤二中脉冲电源为电流控制模式恒功率脉冲电源，输出平均电压为9～150v，频率为1000～3000Hz，峰值电流为30～250A。
2.根据权利要求1所述的在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法，其特征在于步骤一中对铜及其合金的待反应表面进行清理采用600#和1000#碳化硅砂纸打磨，清水冲洗后放入丙酮溶液中泡洗，然后用蒸馏水冲洗，再晾干。
3.根据权利要求1所述的在铜及其合金表面等离子体液相电解沉积陶瓷膜的方法，其特征在于步骤二中均匀搅拌电解液，等离子体液相电解沉积20min。
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