[发明专利]一种基于离心力制备纳米复合镀层的装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合镀层制备装置和复合镀层制备方法领域，更具体地说，涉及一种基于离心力制备纳米复合镀层的装置及其制备方法，尤其涉及纳米不溶性固体颗粒复合镀层的制备领域。

背景技术

纳米复合镀技术是在电解质溶液中加入一种或数种纳米尺度的不溶性固体颗粒，并进行充分分散，使纳米不溶性颗粒均匀悬浮在溶液中，利用电沉积或化学沉积的原理，使金属离子被还原的同时，将纳米尺度的不溶性固体颗粒均匀地弥散在金属镀层内的方法。

纳米材料是由直径在1~100 nm尺寸范围的超细颗粒组成的固体材料，与常规粗颗粒材料相比，纳米材料具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，因而它具有特殊的磁性、光学、力学、电学、电化学催化等性能，以及特殊的机械性能，如：耐磨、减震、巨弹性模量效应等。采用复合电镀技术，在电镀液中以纳米颗粒替代微米颗粒，可制备比微米复合镀层各项性能更为优异的纳米复合镀层，既提高了镀层的性能，又减少了材料的消耗。

纳米复合镀层的性能除了决定于基质金属和纳米颗粒的类型外，还决定于纳米颗粒在镀层中的沉积量和分布均匀性。现有纳米复合镀层存在纳米颗粒沉积量低、分散性不佳等问题，使得纳米复合镀层性能的提高有限，复合电镀过程中纳米颗粒团聚、镀层内含量低，这些问题已成为制约纳米复合镀层技术发展的瓶颈。

目前，提高镀层中纳米颗粒沉积量的主要方法有：增加镀液中纳米颗粒的浓度、提高搅拌速度和电流密度等措施。通过增加镀液中纳米颗粒的浓度，增加镀层内纳米颗粒的共沉积量，但镀液中纳米颗粒浓度与镀层中纳米颗粒的沉积量并不成线性关系；增加镀液搅拌速度，在一定转速内，可提高镀层中纳米颗粒的沉积量，搅拌速度过大，由镀液旋转产生对阴极表面的冲刷作用增强而减少纳米颗粒的沉积量；阴极电流密度过大，基质金属沉积速度增大，纳米颗粒的沉积量反而降低。要显著增加镀层中纳米颗粒的含量，显然以上几种措施不能胜任制备高含量纳米颗粒的复合镀层。

中国专利号201010285058.7，公开日2011年01月26日，公开了一份名称为用于纳米复合镀层的电镀方法的专利文件，该发明公开了一种用于纳米复合镀层的电镀方法，将添加有纳米颗粒的镀液置于浴槽式超声波和探头式超声波联合作用下的双频超声场中，同时对镀液采用机械搅拌的方式对阴极实施电镀。该发明电镀过程中采用双频超声波和磁力搅拌对镀液共同作用，降低纳米颗粒团聚的几率，使纳米颗粒与基质金属共沉积；同时降低镀液的浓差极化，使纳米颗粒在镀液中的分布更加均匀；该发明制备得到的纳米复合镀层的基质金属晶粒细小均匀、结构致密，其硬度和抗高温氧化性能也得到提高。但是该发明还是存在成本高、搅拌速度不易控制的缺陷，导致实际生产中很难应用。

发明内容

要解决的问题

针对现有纳米复合镀层技术存在纳米颗粒沉积量低、分散性不佳的问题，本发明提供一种基于离心力制备纳米复合镀层的装置及其制备方法，其基于离心力的作用，利用镀液与不溶性固体纳米颗粒间的密度差，把阴极固定在电镀槽上，使阴极、镀液与电镀槽三者一起作圆周运动，阴极表面与镀液界面间的冲刷作用大大减弱，在离心力的作用下，将有更多的纳米颗粒向外壁面运动，实现与基质金属共沉积，制备出镀层中纳米颗粒含量高的复合镀层，有助于发挥纳米复合镀层的优异性能，实现镀液中添加少量的不溶性纳米固体颗粒，制备镀层中含量高的纳米复合镀层。

技术方案  

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于离心力制备纳米复合镀层的装置，包括电镀槽、阳极、阴极和导线，所述的阳极位于电镀槽的内部，还包括调速电机、保护壳体、石墨电刷、铜带、夹具和轴承，所述的电镀槽位于保护壳体的内部，电镀槽的底部有一个转动轴，电镀槽的中部有一圈铜带；所述的转动轴穿过保护壳体的底部与调速电机连接；所述的转动轴与保护壳体的接触是通过轴承，保护壳体套接在转动轴上；所述的保护壳体的中部有石墨电刷，石墨电刷与铜带连接；所述的阴极通过导线与铜带相连接，阴极通过夹具固定在电镀槽的侧壁上。

优选地，所述的保护壳体和电镀槽都为圆桶形。

优选地，还包括电源，所述的阳极通过导线与电源的正极连接，石墨电刷通过导线与电源的负极相连。

一种基于离心力制备纳米复合镀层的制备方法，其步骤为：

A）基材预处理，将电镀液和经过预处理的纳米颗粒加入到电镀槽中，待电镀的基材作为阴极；

B）确定电镀槽的转速；

C）通电，电镀槽旋转，阴极随着电镀槽一起旋转，开始电镀；