一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法。以高純石墨板為陽極，惰性金屬板為陰極，硫酸溶液為電解液，電解24小時-48小時后，在電解液中獲得納微米碳球；再在電解液中添加銅源，以高純石墨板為陽極，待鍍部件為陰極，進行鍍膜。本發明直接在成型部件上沉積潤滑耐磨層，工藝簡單，后期修補維護容易。且納微米石墨顆粒產生后本身可良好地分散在溶液中，不易沉淀，電沉積時不需要攪拌。
【專利說明】一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，特別是一種用于應用于縫制機械、制藥機械和食品機械工業中的摩擦零件表面的銅-納微米石墨復合涂層制備方法，屬于納米復合涂層材料制備領域。
【背景技術】
[0002]銅一石墨復合材料具有良好的導電性導熱性、自潤滑性、耐磨性且無污染。在氧化性氣氛和非氧化性氣氛中的使用溫度分別可達370°C和925°C。已應用于縫制機械制藥機械和食品機械工業中的摩擦零件的制造。近年來有關銅一石墨復合材料的研究較多。其主要制備方法是粉末冶金工藝。但該方法需要昂貴的設備并存在微粒分布不均勻孔隙率大等缺點。電沉積方法已用于制備復合材料，該方法所需設備簡單，便于操作。不過，關于用電沉積方法制備銅一石墨復合材料的報道并不多見，且存在如下問題:第一，其復合鍍液中所添加的固體顆粒通常為微米級石墨粉，其粗大顆粒不利于涂層結構和性能的優化。第二，由于石墨是疏水性的，所以通常添加的石墨粉在水溶液中難以獲得良好的分散性，容易沉淀。因此需要尋找一種新型銅-納微米石墨復合涂層的制備方法。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明采取的技術方案是:一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，以高純石墨板為陽極，惰性金屬板為陰極，硫酸溶液為電解液，電解24小時-48小時后，在電解液中獲得直徑介于1-1OOOnm的納微米碳球；再在電解液中添加銅源，以高純石墨板為陽極，待鍍部件為陰極，進行鍍膜。
[0005]所述高純石墨板厚度為50-80mm,長度300-700mm,寬度300-700mm,高純石墨板的純度> 99.99%，灰份< 50ppm，體積密度> 1.85g/cm3，抗折強度> 60Mpa，顆粒度< 300目。
[0006]所述惰性金屬板厚度為2-10mm，長度300-700mm,寬度300_700mm ;陰陽極間距為3-10mmo
[0007]所述硫酸溶液濃度為0.1-0.5mol/L。
[0008]所述電解過程中的電解電壓為10-50V，電解電流密度為10-50mA/cm2，電解時間為24小時-48小時。
[0009]所述銅源由以下組分構成:硫酸銅60_100g/L，硫酸40_100g/L，十二烷基硫酸鈉0.05-0.2g/L, OP 乳化劑 l-5ml/L。
[0010]所述鍍膜過程中的陰極電流密度20-30A/cm2，鍍液溫度為20_30度，鍍膜時間為5-60分鐘。
[0011]與現有技術(粉末冶金技術和復合涂層電沉積技術)相比，本發明具有以下有益效果:
[0012]1.工藝簡單，便于操作:相對粉末冶金技術，該工藝直接在成型部件上沉積潤滑耐磨層，工藝簡單，后期修補維護容易；相對采用高純石墨、硫酸為原料，通過電解方式直接獲得納微米石墨顆粒，相對目前一般采用化學法制備的納米石墨顆粒，工藝更簡單。
[0013]2.綠色環保:相對化學法制備的納米膨脹石墨顆粒，該工藝采用化學元素少，更加環保經濟。
[0014]3.更好的電解液穩定性:納微米石墨顆粒產生后本身可良好地分散在溶液中，不易沉淀，電沉積時不需要攪拌；在消耗電解液中納微石墨顆粒的同時，陽極石墨仍可產生納微石墨進入溶液中，從而緩解溶液石墨顆粒濃度的下降。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為實施例1納微米石墨顆粒電鏡圖(a為低倍數，b為高倍數)。
[0016]圖2為實施例1-3的摩擦系數與納微米石墨含量的關系圖。
【具體實施方式】
[0017]在描述本發明的材料、方法之前，應當理解本披露不受限于所描述的具體方法以及材料，因為這些可以改變。還應理解本說明書中所使用的術語只是為了描述這些特定的形式或實施方案的目的，而不是旨在限制該范圍。除非另外限定，在此使用的所有技術的或科學的術語具有與本領域普通技術人員通常理解的相同的含義。
[0018]以高純石墨板為陽極，惰性金屬板為陰極，硫酸溶液為電解液，對石墨實施電解，24小時-48小時后，在電解液中可獲得直徑介于1-1OOOnm范圍的納微米碳球。其中陽極采用厚度為50-80mm，長度300-700mm，寬度300-700mm的高純石墨板，高純石墨板的純度彡99.99%，灰份彡50ppm，體積密度> 1.85g/cm3，抗折強度> 60Mpa，顆粒度< 300目。陰極采用厚度為2-10mm，長度300-700mm，寬度300-700mm的惰性金屬板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距(極間距)為3-10mm。硫酸電解液溶液濃度為0.1-0.5mol/L。對石墨實施電解參數包括電壓10-50V、電流密度10-50mA/cm2和電解時間為24小時-48小時。通過上述電解參數的控制，電解液中生成的納微米石墨粉約為5-20g/L。
[0019]在獲得的電解液中添加銅源，銅源含硫酸銅60_100g/L，硫酸40_100g/L，十二烷基硫酸鈉 0.05-0.2g/L，OP 乳化劑 l-5ml/L。
[0020]沉積銅-納微米石墨復合涂層的工藝中，以高純石墨板(>99.99% )為陽極，待鍍部件為陰極，實施鍍膜。陰極電流密度20-30A/cm2，鍍液溫度保持20-30度左右，適度時間為5-60分鐘。
[0021]下面給出三個利用本發明的制備方法制備鋰離子電池負極用納米碳球材料的具體實施例。
[0022]實施例1
[0023]陽極電極板采用厚度為80_，長度700_，寬度700_的高純石墨板，高純石墨板的純度> 99.99%，灰份< 50ppm，體積密度> 1.85g/cm3，抗折強度> 60Mpa，顆粒度< 300目；陰極電極板采用厚度為1mm,長度700mm,寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電源選用整流直流電源。
[0024]接通電源后，電壓控制在10V，電流控制在10-20mA/cm2之間，24小時后，電解液中獲得5g/L的納微石墨顆粒溶液，其納微石墨顆粒電鏡圖如圖1所示。進一步向電解液中添加銅源，使其含硫酸銅80g/L，硫酸70g/L，十二烷基硫酸鈉0.lg/L，OP乳化劑2ml/L。
[0025]沉積銅-納微米石墨復合涂層的工藝中，以高純石墨板(>99.99% )為陽極，經清洗的無油無銹金屬待鍍部件為陰極，實施鍍膜。陰極電流密度20A/cm2，鍍液溫度保持20-30度左右，適度時間為30分鐘。
[0026]獲得銅-納微米石墨復合涂層硬度可達200Hv，摩擦系數可達0.2。
[0027]實施例2
[0028]陽極電極板采用厚度為80mm,長度700mm,寬度700mm的高純石墨板,高純石墨板的純度彡99.99%，灰份彡50ppm，體積密度彡1.85g/cm3，抗折強度彡60Mpa，顆粒度< 300目；陰極電極板采用厚度為1mm,長度700mm,寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電源選用整流直流電源。
[0029]接通電源后，電壓控制在20V，電流控制在20-30mA/cm2之間，24小時后，電解液中獲得10g/L的納微石墨顆粒溶液。進一步向電解液中添加銅源，使其含硫酸銅60g/L，硫酸50g/L，十二烷基硫酸鈉0.lg/L, OP乳化劑lml/L。
[0030]沉積銅-納微米石墨復合涂層的工藝中，以高純石墨板(>99.99% )為陽極，待鍍部件為陰極，實施鍍膜。陰極電流密度30A/cm2，鍍液溫度保持20-30度左右，適度時間為30分鐘。
[0031]獲得銅-納微米石墨復合涂層硬度可達180Hv，摩擦系數可達0.15。
[0032]實施例3
[0033]陽極電極板采用厚度為80mm，長度700mm，寬度700mm的高純石墨板，高純石墨板的純度> 99.99%，灰份< 50ppm，體積密度> 1.85g/cm3，抗折強度> 60Mpa，顆粒度< 300目；陰極電極板采用厚度為1mm,長度700mm,寬度700mm的鈦板；相鄰陽極石墨板和陰極惰性金屬板之間的間距為3mm。電源選用整流直流電源。
[0034]接通電源后，電壓控制在30V，電流控制在30-40mA/cm2之間，48小時后，電解液中獲得20g/L的納微石墨顆粒溶液。進一步向電解液中添加銅源，使其含硫酸銅100g/L，硫酸100g/L，十二烷基硫酸鈉0.2g/L，OP乳化劑5ml/L。
[0035]沉積銅-納微米石墨復合涂層的工藝中，以高純石墨板(>99.99% )為陽極，待鍍部件為陰極，實施鍍膜。陰極電流密度30A/cm2，鍍液溫度保持20-30度左右，適度時間為30分鐘。
[0036]獲得銅-納微米石墨復合涂層硬度可達150Hv，摩擦系數可達0.12。
[0037]對實施例1-3的摩擦系數與納微米石墨含量的關系作圖，如圖2所示。
【權利要求】
1.一種銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，以高純石墨板為陽極，惰性金屬板為陰極，硫酸溶液為電解液，電解24-48小時后，在電解液中獲得納微米碳球；再在電解液中添加銅源，以高純石墨板為陽極，待鍍部件為陰極，進行鍍膜。
2.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述高純石墨板厚度為50-80 mm,長度300-700 _，寬度300-700 _，純度彡99.99%，灰份彡50ppm,體積密度> 1.85 g/cm3,抗折強度> 60 Mpa,顆粒度< 300目。
3.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述惰性金屬板厚度為2-10 mm，長度300-700 mm，寬度300-700 mm;陰陽極間距為3-10 mm。
4.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述硫酸溶液濃度為 0.1-0.5 mol/Lo
5.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述電解過程中的電解電壓為10-50 V，電解電流密度為10-50 mA/cm2。
6.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述銅源由以下組分構成:硫酸銅60-100 g / L，硫酸40-100 g / L，十二烷基硫酸鈉0.05-0.2 g /L，O P 乳化劑 1-5 m I/ L。
7.如權利要求1所述的銅-納微米石墨復合涂層的制備方法，其特征在于，所述鍍膜過程中的陰極電流密度20-30 A/cm2，鍍液溫度為20_30°C，鍍膜時間為5_60分鐘。
【文檔編號】C25D15/00GK104451827SQ201410617365
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】張旭海, 曾宇喬, 邵起躍, 談榮生, 黃樹威, 李斌, 徐岳勤 申請人:江蘇麗港科技有限公司