專利名稱：在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法
技術領域：
本發明涉及一種等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法。
技術背景銅具有良好的強度、機械加工性能、導電性、導熱性、耐腐蝕性等特點， 廣泛應用于工業、軍事及民用等各個領域。但銅的表面硬度不夠高，容易磨損， 表面涂層強化的方法可以有效提高銅的耐磨性能，進一步改善耐蝕性，但普通 涂層是與銅基體的結合強度不高，因此有必要尋求更好的表面涂層技術。等離子體液相電解沉積技術(微弧氧化技術)，作為一項表面處理技術， 在材料表面尤其是金屬表面改性取得了很大成勸，成為材料表面研究領域的熱 點。但該技術僅在所謂閥金屬及其合金表面處理上獲得了直接應用，長期以來 業界一直認為不能直接在鋼鐵和銅等金屬材料上應用，目前對于銅的等離子體 液相電解沉積改性的研究未見報道。發明內容本發明克服了現有等離子體液相電解沉積技術不能對銅及其合金進行表 面處理的技術偏見，目的是解決無法利用該技術在銅及其合金表面直接制備陶 瓷膜的問題，而提供一種在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方 法。在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法按以下步驟實現 一、對銅及其合金的待反應表面進行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反應面 積，再放入電解液中作為陽極；二、以不銹鋼為陰極，接通脈沖電源，均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積5 60min，得到表面沉積陶瓷膜的銅及其 合金；其中步驟一電解液中的電解質是質量濃度1 20g/L的鋁酸鈉、0 5g/L 的硅酸鈉、0 5g/L的磷酸二氫鈉、0 5g/L的焦磷酸鈉、0 3g/L的次亞磷酸 鈉、0 3g/L的硫酸鈉、0 10g/L的釩酸鈉、0 10g/L的氟鋯酸鉀、0 20g/L 的氟鋁酸鈉、0 20g/L的氟鈦酸鉀、0 50g/L的氧化鋯、0 50g/L的氧化銅、 0 50g/L的二氧化鈦、0 30g/L的氧化亞鐵和0 40g/L的氧化鋁；步驟二中4脈沖電源為電壓控制模式脈沖電源或電流控制模式恒功率脈沖電源。本發明利用不同電源模式所提供的不同能量供應方式和適當的電解液體 系，激活并增強銅在陽極上發生化學過程，產生等離子體反應，實現了銅及其 合金表面的等離子體液相電解沉積陶瓷膜，擴大了等離子體液相電解沉積技術 的應用范圍，克服了現有等離子體液相電解沉積技術不能對銅及其合金進行表面處理的技術偏見；可實現深色或黑色膜層的制備，具有很好的協調搭配性能， 在保持膜層良好性能的基礎上為進一步開發兼顧裝飾性能創造了條件。
圖1為具體實施方式
十中所得表面沉積陶瓷膜的銅的XRD譜圖，"■" 表示氧化鋁，"^"表示氧化銅；圖2為具體實施方式
十中所得表面沉積陶瓷 膜的黃銅的表面形貌放大500倍的電鏡掃描圖；圖3為具體實施方式
十中所得 表面沉積陶瓷膜的黃銅的表面形貌放大2000倍的電鏡掃描圖。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶 瓷膜的方法按以下步驟實現 一、對銅及其合金的待反應表面進行清理，然后 用聚四氟乙烯包裹露出反應面積，再放入電解液中作為陽極；二、以不銹鋼為 陰極，接通脈沖電源，均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積5 60min， 得到表面沉積陶瓷膜的銅及其合金；其中步驟一電解液中的電解質是質量濃度 1 20g/L的鋁酸鈉、0 5g/L的硅酸鈉、0 5g/L的磷酸二氫鈉、0 5g/L的焦 磷酸鈉、0 3g/L的次亞磷酸鈉、0 3g/L的硫酸鈉、0 10g/L的釩酸鈉、0 10g/L的氟鋯酸鉀、0 20g/L的氟鋁酸鈉、0 20g/L的氟鈦酸鉀、0 50g/L 的氧化鋯、0 50g/L的氧化銅、0 50g/L的二氧化鈦、0 30g/L的氧化亞鐵 和0 40g/L的氧化鋁；步驟二中脈沖電源為電壓控制模式脈沖電源或電流控 制模式恒功率脈沖電源。本實施方式中銅合金可以為現有各種型號的銅合金。本實施方式中根據電解質成分的不同，可以在銅及其合金表面制備不同成 分的陶瓷膜。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中對銅及 其合金的待反應表面進行清理采用600#和1000#碳化硅砂紙打磨，清水沖洗后放入丙酮溶液中泡洗，然后用蒸餾水沖洗，再晾干。其它步驟及參數與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中電解液 中的電解質是質量濃度6 10g/L的鋁酸鈉、0.1 3g/L的磷酸二氫鈉、1 5g/L 的氟鋯酸鉀和20 50g/L的氧化鋯。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。 本實施方式所配制的電解液，'制備出含有鋁與鋯的陶瓷膜。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中電解液 中的電解質是質量濃度6 10g/L的鋁酸鈉、0.1 3g/L的磷酸二氫鈉、1 8g/L 的氟鈦酸鉀和20 50g/L的二氧化鈦。其它步驟及參數與具體實施方式
一相 同。本實施方式所配制的電解液，制備出含有鋁與鈦的陶瓷膜。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中電解液 中的電解質是質量濃度8 12g/L的鋁酸鈉、0.1 1.2g/L的磷酸二氫鈉、0.1 0.8g/L的焦磷酸鈉、0.1 lg/L的次亞磷酸鈉、.0.18 0.22g/L的硅酸鈉、0.3 0.7g/L的硫酸鈉、1 5g/L的釩酸鈉和30 60g/L的氧化銅。其它步驟及參數 與具體實施方式
一相同。本實施方式所配制的電解液，制備出含有鋁和銅的陶瓷膜。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中電解液 中的電解質是質量濃度6 12g/L的鋁酸鈉、1 3g/L的磷酸二氫鈉、20 50g/L 的氧化鋁和20 50g/L的氧化亞鐵。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。 本實施方式所配制的電解液，制備出含有鋁和鐵的陶瓷膜。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中脈沖電 源為電壓控制模式脈沖電源，輸出平均電壓為0.5 600v，頻率為60 3000Hz， 平均電流為0.5 20A。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中電流控 制模式恒功率脈沖電源，輸出平均電壓為9 150v，頻率為1000 3000Hz， 峰值電流為30 250A。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟二中均勻攪 拌電解液，等離子體液相電解沉積20min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。本實施方式中均勻攪拌采用電動攪拌，攪拌是為了攪拌是在反應過程中保持溶液的均一穩定；通過調節沉積時間，得到厚度為30 100^im的陶瓷膜。
具體實施方式
十本實施方式在銅表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方 法按以下步驟實現 一、對純銅的待反應表面進行清理，然后用聚四氟乙烯包 裹露出反應面積，再放入電解液中作為陽極；二、以不銹鋼為陰極，接通電流 控制模式恒功率脈沖電源，均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積15min， 得到表面沉積陶瓷膜的銅；其中步驟一電解液中的電解質是質量濃度10g/L的 鋁酸鈉、1.6g/L的磷酸二氫鈉、0.5g/L的硫酸鈉、0.5g/L的硅酸鈉、2g/L的釩 酸鈉和50g/L的氧化銅；步驟二中電流控制模式恒功率脈沖電源，輸出平均電 壓為15 100v，頻率為2000Hz，峰值電流為100 150A。本實施方式中所得表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的銅，陶瓷膜厚度為 38 42pm，從XRD譜圖(圖l)中可以看出，陶瓷膜層成分為氧化鋁和氧化 銅，從表面形貌電鏡掃描圖(圖2和圖3)中可以看出，陶瓷膜層細密平整， 可以清晰的看出放電通道的孔洞，孔徑小，同時膜層表面沒有明顯的微裂紋， 陶瓷膜性能較好；以GCrl5鋼球為摩擦副，陶瓷膜的干摩擦系數低于0.1 。
權利要求
1、在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法，其特征在于在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法按以下步驟實現一、對銅及其合金的待反應表面進行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反應面積，再放入電解液中作為陽極；二、以不銹鋼為陰極，接通脈沖電源，均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積5～60min，得到表面沉積陶瓷膜的銅及其合金；其中步驟一電解液中的電解質是質量濃度1～20g/L的鋁酸鈉、0～5g/L的硅酸鈉、0～5g/L的磷酸二氫鈉、0～5g/L的焦磷酸鈉、0～3g/L的次亞磷酸鈉、0～3g/L的硫酸鈉、0～10g/L的釩酸鈉、0～10g/L的氟鋯酸鉀、0～20g/L的氟鋁酸鈉、0～20g/L的氟鈦酸鉀、0～50g/L的氧化鋯、0～50g/L的氧化銅、0～50g/L的二氧化鈦、0～30g/L的氧化亞鐵和0～40g/L的氧化鋁；步驟二中脈沖電源為電壓控制模式脈沖電源或電流控制模式恒功率脈沖電源。
2、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟一中對銅及其合金的待反應表面進行清理采用600 #和1000#碳化硅砂紙打磨，清水沖洗后放入丙酮溶液中泡洗，然后用蒸餾水 沖洗，再晾干。
3、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟一中電解液中的電解質是質量濃度6 10g/L的鋁 酸鈉、0.1 3g/L的磷酸二氫鈉、1 5g/L的氟鋯酸鉀和20 50g/L的氧化鋯。
4、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟一中電解液中的電解質是質量濃度6 10g/L的鋁 酸鈉、0.1 3g/L的磷酸二氫鈉、1 8g/L的氟鈦酸鉀和20 50g/L的二氧化鈦。
5、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟一中電解液中的電解質是質量濃度8 12g/L的鋁 酸鈉、0.1 1.2g/L的磷酸二氫鈉、0.1 0.8g/L的焦磷酸鈉、0.1 lg/L的次亞 磷酸鈉、0.18 0.22g/L的硅酸鈉、0.3 0.7g/L的硫酸鈉、1 5g/L的釩酸鈉和 30 60g/L的氧化銅。
6、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟一中電解液中的電解質是質量濃度6 12g/L的鋁酸鈉、1 3g/L的磷酸二氫鈉、20 50g/L的氧化鋁和20 50g/L的氧化亞鐵。
7、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟二中脈沖電源為電壓控制模式脈沖電源，輸出平均 電壓為0.5 600v，頻率為60 3000Hz，平均電流為0.5 20A。
8、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟二中電流控制模式恒功率脈沖電源，輸出平均電壓 為9 150v，頻率為1000 3000Hz，峰值電流為30 250A。
9、 根據權利要求1所述的在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷 膜的方法，其特征在于步驟二中均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積 20min。
全文摘要
在銅及其合金表面等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法，它涉及一種等離子體液相電解沉積陶瓷膜的方法。它克服了現有等離子體液相電解沉積技術不能對銅及其合金進行表面處理的技術偏見，解決了無法利用該技術在銅及其合金表面直接制備陶瓷膜的問題。方法步驟是一、對銅及其合金的待反應表面進行清理，然后用聚四氟乙烯包裹露出反應面積，再放入電解液中作為陽極；二、以不銹鋼為陰極，接通脈沖電源，均勻攪拌電解液，等離子體液相電解沉積，得到表面沉積陶瓷膜的銅及其合金。本發明實現了銅及其合金表面的等離子體液相電解沉積陶瓷膜，克服了現有等離子體液相電解沉積技術不能對銅及其合金進行表面處理的技術偏見。
文檔編號C25D9/00GK101260555SQ200810064329
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月18日 優先權日2008年4月18日
發明者姚忠平, 姜兆華, 王云龍 申請人:哈爾濱工業大學