[发明专利]一种实验室内制备金属基纳米陶瓷的方法及装置

说明书

技术领域

 本发明涉及一种在实验室内制备复合材料的方法以及专用装置。

背景技术

随着科学技术的发展，工业领域对材料性能提出更高、更苛刻的要求，例如，耐高温、高强度、高显微硬度、优异的耐磨性能和耐腐蚀性能等。当前作为单一的金属、陶瓷、聚合物等材料各自固有的局限性而不能满足现代科学技术发展的需要，纳米复合材料就是为了满足以上高新技术发展的需求而开发的高性能先进材料，而金属基纳米陶瓷复合镀层因具备金属和非金属材料的优异性能，已成为纳米复合材料研究和关注的重点，现已广泛应用于航空航天领域。

与传统的金属基复合材料相比，金属基纳米陶瓷复合镀层的显微硬度、强度、耐磨、耐腐蚀、导热性能等均有大幅度提高。以金属基纳米陶瓷复合镀层取代金属零件表面常用的金属镀层，不仅克服了金属镀层的缺陷（如镀层薄、显微硬度低、耐磨性能差等），延长金属零件的使用寿命，而且纳米科技的进一步发展及生产应用也具有重要的学术价值。但是，这种新型材料由于其生产工艺的复杂，现有的实验室中还没有一种简单可行的制备方法，所以导致目前在高校实验室内还不能按照需要而获得金属基纳米陶瓷材料。

发明内容

 为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种实验室内制备金属基纳米陶瓷的方法及装置，利用该装置实施本发明所述方法后，使得镍离子和不溶性纳米陶瓷颗粒在复合镀液中均匀分布，在施加脉冲电磁场和正负脉冲电流或电压的状态下使纳米陶瓷颗粒和基质金属离子共沉积而得到由基质金属镍与纳米颗粒共同构成的金属基纳米陶瓷复合材料，从而解决了现有技术中存在的缺陷，为在高校内开展相应的科学研究提供了便利条件。

本发明的技术方案是：该种实验室内制备金属基纳米陶瓷的装置，包括带有内容腔的超声波发生器、能够输出正负脉冲的脉冲电源、脉冲电磁场发生器以及加热装置。

其中，在超声波发生器的内容腔侧壁上固定有垫块，在垫块上固定有水平的网状隔板，在网状隔板上固定有纵截面呈“U”字型的盆状镀槽，镀槽的底脚插入网状隔板上的固定孔而实现固定；在超声波发生器的内容腔顶端固定有一块防蒸发绝缘盖板，防蒸发绝缘盖板上开有若干螺栓孔并配有若干用于实现导体连接的空心双层螺栓以及采用导电材料制成的上、下接头，螺栓孔内开有内螺纹，上、下接头的外面开有外螺纹；所述空心双层螺栓由两层材料复合而成，其中外层采用绝缘材料制成，并开有与所述螺栓孔上的内螺纹相配合的外螺纹，内层采用导体制成，并开有与所述上、下接头上的外螺纹相配合的内螺纹；脉冲电源和脉冲电磁场发生器的电源输出端分别经由导线与对应的上接头进行电连接。

在镀槽外侧的两个相反方向处分别固定有脉冲电磁场发生器的两个输出线圈，所述输出线圈的电连接端经过绝缘导线电连接至与其对应的一对下接头上；在镀槽里侧的两个相反方向处分别固定有阴极板固定夹和阳极板固定夹；阴极板固定夹和阳极板固定夹的结构相同，均采用绝缘材料制成，由上夹板、立板以及下夹板依次连接后构成，其中，在立板的上端固定连接有一个L形弯板，在上夹板和下夹板上对应开有极板上卡槽和极板下卡槽，在上夹板的中央还开有一个供极板连接导线穿过的导引槽，L形弯板卡在镀槽的侧边上实现对阴极板固定夹和阳极板固定夹的固定，固定于阴极板固定夹和阳极板固定夹上的阴极板和阳极板的电连接端分别经过极板连接导线电连接至与其对应的另一对下接头上。

所述空心双层螺栓固定于螺栓孔内，已对应连接完毕的全部下接头旋入对应空心双层螺栓的底部，已对应连接完毕的全部上接头旋入对应空心双层螺栓的上部。

加热装置的电加热管位于超声波发生器的内容腔中，处于网状隔板的下方，所述电加热管的连接导线经过绝缘密封垫密封后引出，连接至加热装置电源的电流输出端。

利用以上装置在实验室内制备金属基纳米陶瓷的方法，该方法由如下步骤组成：

第一步，对作为试样的基材依次进行除油、除锈、电解抛光以及活化；