[发明专利]利用镓基液态金属在铜基金属材料曲面制备CuGa2

说明书

利用镓基液态金属在铜基金属材料曲面制备CuGa₂薄膜的方法，将金属镓、金属铟和金属锡按照一定质量比加入坩埚中，加热并搅拌制得熔点为5‑20℃的镓基液态金属，将镓基液态金属加入碱溶液中去掉表面的氧化物，随后将铜基金属工件放入碱溶液中与镓基液态金属接触，利用铝箔接触铜基金属表面发生电化学反应，产生电压，诱导镓基液态金属在铜基金属工件表面快速铺展，最终得到CuGa₂薄膜；本发明实现了在铜基金属曲面快速镀膜的方法，制备过程绿色不产生排放污染物，所制备的CuGa₂薄膜厚度均匀，在干摩擦条件下，具有良好的减摩耐磨效果。

技术领域

本发明涉及在铜基金属材料曲面快速镀膜的方法，特别涉及一种利用镓基液态金属在铜基金属材料曲面制备CuGa₂薄膜的方法。

背景技术

铜基金属广泛应用于水基滑动轴承和蜗轮蜗杆传动装置等各种机械零部件中。在机器起步、停车或者超载情况下，润滑失效，铜基金属工件将会产生磨损因而引起早期失效，因此急需开发针对铜基金属工件的减摩耐磨表面改性技术。

传统的金属表面改性技术包括热化学气相沉积(H-CVD)法、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法、真空蒸镀法、磁控溅射镀膜法和离子束(激光束) 溅射镀膜法。在轴承等工业应用中存在大量的曲面金属工件，这些传统的镀膜方法虽然可以实现铜基金属的曲面镀膜，但是都存在一定的缺陷。化学气相沉积和真空蒸镀法对于设备的要求较高且耗能严重，而且等离子体在传输的过程中将会产生大量的损失和大颗粒污染。溅射镀膜法则面临着柱状靶材制备困难和膜基结合力不足的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用镓基液态金属在铜基金属材料曲面制备具有减摩耐磨功能的CuGa₂薄膜的方法，可以大规模制造，且耗能较低。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

利用镓基液态金属在铜基金属材料曲面制备CuGa₂薄膜的方法，包括以下步骤：

(1)将金属镓、金属铟和金属锡按照质量比分别为(62-92)：(0-25)： (0-13)加入到石墨或陶瓷坩埚中，加热至160-240℃并搅拌均匀，获得镓基液态金属；

(2)配置物质的量浓度为0.5mol/L-1mol/L的NaOH溶液；

(3)将2克镓基液态金属加入20-50ml的NaOH碱溶液中；

(4)将不同类型的曲面铜基金属工件放入步骤(3)的溶液中，并使其与镓基液态金属接触，然后利用铝箔接触铜基金属表面，形成CuGa₂薄膜后立即取出工件，用蒸馏水超声清洗表面。

金属镓、金属铟和金属锡加入的质量比分别为62：25：13、76：24：0和 92：0：8，所获得的液态金属分别为Ga₆₂In₂₅Sn₁₃、Ga₇₆In₂₄和Ga₉₂Sn₈。

所用的铜基金属工件包括紫铜(T1)，黄铜(H68)或铝青铜(QAL9-4)，工件的形状包括球状或管状。

本发明的优点：

1、本发明所制备的CuGa₂薄膜，厚度均匀为15-20微米。在干摩擦条件下，比压为432-985MPa，滑动速度为6-36mm/s下，其摩擦系数为0.34- 0.38，磨损率为0.49-0.61/10^-5mm³(N^.m)^-1，具有减摩耐磨效果。