[发明专利]一种耐腐蚀复合铜基微细线及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐腐蚀复合铜基微细线及其制备方法，耐腐蚀复合铜基微细线由合金层以及包覆在合金层外部的石墨烯层组成，合金层为铜基合金层，主要成分为铜、银和/或稀土元素，采用水平连续定向凝固法制备定向凝固铸杆，然后采用连续冷拉拔将定向凝固铸杆的直径拉至小于0.05mm，再涂覆石墨烯水性丙烯酸防腐涂料，制备得到耐腐蚀复合铜基微细线。与现有技术相比，本发明能增强其抗拉强度；使用一种新型耐腐蚀涂层，具有环保性能，不降低其导电性能，最终所制备的复合铜基微细线达到在海上环境耐腐蚀的要求，能大规模应用。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其是涉及一种耐腐蚀复合铜基微细线及其制备方法。

背景技术

微细线是指线材直径在0.05mm及以下的线材，广泛用于3C产品、微特电机和电声器材等工业品中，微细线的性能对于微特电机和电声器材的体积、功率和寿命有着重要的影响。随着国内发展工业4.0的趋势，微细线市场需求在逐年增长。许多海上工程都安装了智能装备和电声器材，微细线的性能在某种程度上决定器材寿命以及设备的正常运转。长期工作在海水氛围下，会线材容易引发孔蚀、缝隙腐蚀等，随着时间的推移会受到不同程度直接或者间接的损坏。目前，应用较为广泛的防腐技术主要有以下几种：镀层或涂层保护，酸洗钝化方法，阴极保护、阳极保护、介质处理、缓蚀剂表面覆盖、氧化处理等。

石墨烯超大的比表面积、优良的阻隔性、高的化学稳定性及良好的导电性等性能，对于防腐工作有一些启示。石墨烯薄膜覆于铜及合金表面的实验及结论目前有一些，但大多数没有实际生产运用。如：国外学者通过化学气相沉积技术，在800℃～900℃条件下得到铜表面石墨烯复合材料，结果表明以石墨烯薄膜作为涂层，较以往人们在铜表面涂镀金属，使铜的耐腐蚀性增强近百倍；国内学者通过低压气相化学沉积法在铜基体表面制备单层石墨烯，电化学测试实验表明，展示了单层石墨烯优异的抗腐蚀能力。但实验也发现，在石墨烯缝隙或缺陷的地方铜基底会发生腐蚀。还有研究者通过氧化还原法和气相沉积法分别在铜表面制备石墨烯，测试结果表明，石墨烯的存在能在一定程度上提高铜基体的耐腐蚀性。

近年来，基于石墨烯的防腐研究主要集中在纯石墨烯防腐涂层以及石墨烯复合防腐涂层。单纯使用石墨烯防腐蚀涂层具有很多局限性：对石墨烯品质要求高，一旦薄膜有轻微的缺陷便会加剧金属腐蚀，只能提供短时间的抗氧化腐蚀效能；对金属基底可选择的不多，对设备要求高；难以大规模、大面积制备，难以产业化。目前，石墨烯复合防腐涂料的研究主要以溶剂型复合材料为主，因含有大量的有毒重金属和挥发性有机物质，溶剂型防腐涂料的发展受到越来越多的限制。随着人们环保意识的不断提高，世界各国对防腐涂料的发展提出越来越多的要求，防腐涂料正向高性能化、功能化、绿色化的方向发展。

但是，目前的微细线在加工过程中，会产生加工硬化，使线材塑性不断下降，导致断线，降低了生产效率。尤其是拉制直径在0.05mm以下的微细线时，在高速拉制和高速绕制线圈过程中，更容易断线。因此，提高合金线材的抗拉强度，减少断头率，才能提高效率。目前，我国的高张力合金线材主要从日本进口，合金成分及其工艺了解甚少。

现有技术还通过气相沉积法进行制备，但是该种方法成本高，只能在实验室使用，尚不具备大规模生产条件，且石墨烯层与金属表面结合力仍很低；氧化石墨烯还原法工艺复杂，需先涂覆氧化石墨烯，再用加热法或化学法还原成石墨烯，难以全部还原，残留有大量功能团，严重影响石墨烯性能。需要一种简单工艺能使其能大规模生产。

在漆包线的防腐研究中，通常采用在漆中添加适当的有机溶剂以达到一定的耐腐蚀效果。但是这些有机溶剂不仅对人体有害而且其废弃物方面也得不到很好的处理，所以需要一种新型耐腐蚀涂层材料来解决这些问题。

中国专利CN105097063A公开了一种含有石墨烯的高强度、高导电率铜或铜合金导线。该导线包括含有增强相的铜或铜合金线芯和生长在线芯外的石墨烯膜。增强相为石墨烯、碳纳米管、陶瓷中的一种或多种，石墨烯膜为1～10层。但是该专利中石墨烯等材料主要是作为增强相使用，并不是作为表面涂覆从而起到耐腐蚀的作用，且该专利中的金属材料组成成分并没有明确指明。