自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法及設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種數(shù)控自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀復(fù)合材料的制備方法和制備設(shè)備，所述數(shù)控自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀納米材料的制備裝置利用計(jì)算機(jī)精確控制機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，被電鍍工件作為負(fù)極（陰極）被固定在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的夾具上，與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，可以在不同的電鍍槽和清洗槽中循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀復(fù)合材料的目的。而控制每次電鍍的時(shí)間，可以獲得單層厚度為納米級(jí)的金屬層。利用多個(gè)電鍍槽，其中裝入不同被電鍍金屬正極（陽(yáng)極）和金屬鹽的電鍍液，就能夠?qū)崿F(xiàn)異質(zhì)金屬層的電鍍制備過(guò)程。通過(guò)控制電鍍電源發(fā)生的電流密度、電鍍液的濃度和溫度、電鍍時(shí)間等工藝參數(shù)可以制備出納米厚度的電鍍層。
【專(zhuān)利說(shuō)明】自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法及設(shè)備
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法及設(shè)備，尤其涉及一種自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法及設(shè)備。
[0002]【背景技術(shù)】:復(fù)合材料，是以某些材料為基體，某些材料為增強(qiáng)體組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料是由兩個(gè)或多個(gè)不同物理相組成的固體材料。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類(lèi)。
[0003]納米材料是指三維中任意一維的尺度小于IOOnm的晶體、非晶體、準(zhǔn)晶體以及界面層狀結(jié)構(gòu)的材料。納米材料有明顯不同于體材料和單個(gè)分子的獨(dú)特性質(zhì)一小尺寸效應(yīng)、表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子軌道效應(yīng)等，以及其在電子學(xué)、光學(xué)、化工、陶瓷、生物和醫(yī)藥等諸多方面的重要價(jià)值。納米材料的制備是利用物理或化學(xué)方法進(jìn)行。
[0004]電鍍是將被電鍍工件作為陰極，電鍍材料作為陽(yáng)極，放入含有電鍍金屬的電鍍液中，金屬在電解過(guò)程中利用電子流的作用下，使鍍液中金屬陽(yáng)離子還原成金屬單質(zhì)而沉積在陰極鍍件表面的過(guò)程。由于電鍍是離子還原沉積的過(guò)程，通過(guò)控制電鍍電流密度、電鍍液的濃度、溫度、電鍍時(shí)間等工藝參數(shù)可以制備出納米厚度的電鍍層。
[0005]目前的微納 米復(fù)合電鍍或多元合金電鍍一般限于在一種電鍍液中電鍍不同種類(lèi)的金屬，該方法無(wú)法獲得異質(zhì)層相間的納米復(fù)合材料。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法及設(shè)備。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備設(shè)備，包括編程計(jì)算機(jī)，PLC運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)機(jī)架，電鍍工件夾具，電鍍電源，多個(gè)電鍍液槽和多個(gè)清水槽。編程計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接PLC運(yùn)動(dòng)控制器，PLC運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接運(yùn)動(dòng)機(jī)架上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)并控制其運(yùn)動(dòng)。電鍍工件夾具與運(yùn)動(dòng)機(jī)架連接。電鍍電源的負(fù)極與電鍍工件相連接，正極與電鍍液內(nèi)要電鍍的各種金屬相連接。電鍍液槽和清洗水槽設(shè)置在運(yùn)動(dòng)機(jī)架的下方。
[0008]運(yùn)動(dòng)機(jī)架包括水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠或皮帶運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)編程的PLC控制器控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)能夠在垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。電鍍工件被夾持在電鍍工件夾具上，電鍍工件夾具能夠在水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)。因此，電鍍工件可以根據(jù)計(jì)算機(jī)編程的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
[0009]自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法，首先利用計(jì)算機(jī)編制運(yùn)動(dòng)程序，運(yùn)動(dòng)程序輸出給PLC控制器，PLC控制器可以控制運(yùn)動(dòng)機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路徑。根據(jù)預(yù)先編制的運(yùn)動(dòng)程序，電鍍工件在不同金屬的電鍍液槽和清洗水槽之間循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)編程中要根據(jù)不同金屬材料的電鍍特性設(shè)定在每種電鍍液中的電鍍時(shí)間。調(diào)節(jié)電鍍的電鍍電流為適當(dāng)值。電源電鍍工件先下降到一種電鍍液中，進(jìn)行一定時(shí)間的電鍍，電鍍金屬原子在電鍍工件表面沉積?？刂齐婂儠r(shí)間以使電鍍工件表面獲得納米或微米量級(jí)的電鍍金屬層。然后將電鍍工件提升到一定高度，電鍍工件要高于電鍍液槽和清洗水槽。電鍍工件夾具橫向運(yùn)動(dòng)到清洗水槽上方，電鍍工件下降進(jìn)入清洗水槽清洗，去除工件表面上一次電鍍殘留的電鍍液。移動(dòng)工件進(jìn)行下一次電鍍及清洗。在所有異質(zhì)電鍍金屬材料的電鍍過(guò)程完成以后，電鍍工件回到初始位置，進(jìn)行第二次循環(huán)電鍍。如此循環(huán)往復(fù)，就可以獲得異質(zhì)金屬層狀納米復(fù)合材料。
[0010]本發(fā)明提供一種數(shù)控自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀復(fù)合材料的制備方法和制備設(shè)備，所述數(shù)控自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀納米材料的制備裝置利用計(jì)算機(jī)精確控制機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)路徑，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，被電鍍工件作為負(fù)極(陰極)被固定在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的夾具上，與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，可以在不同的電鍍槽和清洗槽中循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)層狀復(fù)合材料的目的。而控制每次電鍍的時(shí)間，可以獲得單層厚度為納米級(jí)的金屬層。
[0011]利用多個(gè)電鍍槽，其中裝入不同被電鍍金屬正極(陽(yáng)極)和金屬鹽的電鍍液，就能夠?qū)崿F(xiàn)異質(zhì)金屬層的電鍍制備過(guò)程。通過(guò)控制電鍍電源發(fā)生的電流密度、電鍍液的濃度和溫度、電鍍時(shí)間等工藝參數(shù)可以制備出納米厚度的電鍍層。
[0012]由于不同的金屬電鍍特性不相同，需要針對(duì)每一種金屬的電鍍工藝進(jìn)行電鍍時(shí)間的調(diào)節(jié)。
[0013]自動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程由計(jì)算機(jī)伺服控制，利用PLC控制器和步進(jìn)電機(jī)，精確控制電鍍工件夾具的運(yùn)動(dòng)位移，實(shí)現(xiàn)數(shù)十次到數(shù)千次的自動(dòng)循環(huán)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。同時(shí)計(jì)算機(jī)還要控制在每一種電鍍液中的電鍍時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)不同電鍍金屬陽(yáng)極要求的電鍍工藝。
[0014]每一次電鍍之后，由于被電鍍工件表面附著了電鍍液，進(jìn)入下一道電鍍之前，被電鍍工件要先進(jìn)入裝有清水的清洗槽進(jìn)行清洗，以免將上一道工序的電鍍液帶入下一道工序。
[0015]制備的異質(zhì)納米層復(fù)合材料的種類(lèi):
[0016]招、鎂、銅、銀、金、鐵、鎳、鈦、錯(cuò)、鋰、鋅、鉛、秘、鈉、鉬、錯(cuò)、猛、鉀、錫、鈷、?丐、鉿、銀、
鉭、鑰、鎢、鎵、銦、鍺，以及鈧、釔、鑭系稀土元素及其相互組合的多元合金。也可以是半金屬硅、硒、碲、砷、硼元素。異質(zhì)金屬層的數(shù)量為2~10種。
[0017]金屬鹽為被電鍍異質(zhì)金屬的硫酸鹽、鹽酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、堿鹽、化合物鹽。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0018]圖1是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0019]如圖1所示:自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備設(shè)備，包括編程計(jì)算機(jī)LPLC運(yùn)動(dòng)控制器2，運(yùn)動(dòng)機(jī)架3，電鍍工件夾具8，電鍍電源10，多個(gè)電鍍液槽12和多個(gè)清水槽13。編程計(jì)算機(jī)I通過(guò)數(shù)據(jù)線連接PLC運(yùn)動(dòng)控制器2，PLC運(yùn)動(dòng)控制器2通過(guò)數(shù)據(jù)線連接運(yùn)動(dòng)機(jī)架3上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)并控制其運(yùn)動(dòng)。電鍍工件夾具8與運(yùn)動(dòng)機(jī)架3連接。電鍍電源10的負(fù)極與電鍍工件9相連接，正極與電鍍液內(nèi)要電鍍的各種金屬11相連接。電鍍液槽12和清洗水槽13設(shè)置在運(yùn)動(dòng)機(jī)架3的下方。運(yùn)動(dòng)機(jī)架3包括水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 6。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)7和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6相連接。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6上安裝有步進(jìn)電機(jī)5。步進(jìn)電機(jī)5驅(qū)動(dòng)絲杠或皮帶運(yùn)動(dòng)。水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)5能夠在垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)6上由步進(jìn)電機(jī)5驅(qū)動(dòng)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。電鍍工件9被夾持在電鍍工件夾具8上，電鍍工件夾具8能夠在水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4上由步進(jìn)電機(jī)5驅(qū)動(dòng)進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)。因此，電鍍工件9可以根據(jù)計(jì)算機(jī)編程的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
[0020]實(shí)施例:
[0021]制備Cu-N1-Zn異質(zhì)層狀納米復(fù)合材料。[0022]3種電鍍液:硫酸銅，硫酸鎳，硫酸鋅。
[0023]3種電鍍液對(duì)應(yīng)的陽(yáng)極金屬材料:純銅，純鎳，純鋅。
[0024]清洗液:純水。
[0025]電鍍電壓:2~5V。
[0026]電流密度:0.5 ~1.5mA/cm2。
[0027]電鍍時(shí)間:電鍍銅30秒；電鍍鎳15秒；電鍍鋅20秒。
[0028]每次循環(huán)電鍍的三層金屬厚度:約為30nm。
【權(quán)利要求】
1.自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備設(shè)備，其特征在于:包括編程計(jì)算機(jī)，PLC運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)機(jī)架，電鍍工件夾具，電鍍電源，多個(gè)電鍍液槽和多個(gè)清洗水槽；編程計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線連接PLC運(yùn)動(dòng)控制器，PLC運(yùn)動(dòng)控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接運(yùn)動(dòng)機(jī)架上的各個(gè)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)并控制其運(yùn)動(dòng)，電鍍工件夾具與運(yùn)動(dòng)機(jī)架連接，電鍍電源的負(fù)極與電鍍工件相連接，正極與電鍍液內(nèi)要電鍍的各種金屬相連接，電鍍液槽和清洗水槽設(shè)置在運(yùn)動(dòng)機(jī)架的下方。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備設(shè)備，其特征在于:運(yùn)動(dòng)機(jī)架包括水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接，水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上安裝有步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠或皮帶運(yùn)動(dòng)，水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)運(yùn)動(dòng)小車(chē)在垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，電鍍工件被夾持在電鍍工件夾具上，電鍍工件夾具固定在水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行水平運(yùn)動(dòng)。
3.自動(dòng)循環(huán)電鍍異質(zhì)金屬層狀復(fù)合材料的制備方法，首先利用計(jì)算機(jī)編制運(yùn)動(dòng)程序，運(yùn)動(dòng)程序輸出給PLC控制器，PLC控制器控制運(yùn)動(dòng)機(jī)架上的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)路徑，根據(jù)預(yù)先編制的運(yùn)動(dòng)程序，電鍍工件在不同金屬的電鍍液槽和清洗水槽之間循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，計(jì)算機(jī)編程中根據(jù)不同金屬材料的電鍍特性設(shè)定在每種電鍍液中的電鍍時(shí)間，電源電鍍工件先下降到一種電鍍液中，進(jìn)行電鍍，電鍍金屬原子在電鍍工件表面沉積，控制電鍍時(shí)間以使電鍍工件表面獲得納米或微米量級(jí)的電鍍金屬層，然后將電鍍工件提升到一定高度，電鍍工件要高于電鍍液槽和清洗水槽，電鍍工件夾具橫向運(yùn)動(dòng)到清洗水槽上方，電鍍工件下降進(jìn)入清洗水槽清洗，去除工件表面上一次電鍍殘留的電鍍液，移動(dòng)工件進(jìn)行下一次電鍍及清洗，在所有異質(zhì)電鍍金屬材料的電鍍過(guò)程完成以后，電鍍工件回到初始位置，進(jìn)行第二次循環(huán)電鍍，如此循環(huán)往復(fù)，就可以獲得異質(zhì)金屬層狀納米復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C25D19/00GK103924285SQ201410138248
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】王繼杰, 劉春忠, 王賀權(quán), 王赫男, 姜妲, 張洪亮, 姚祥祥, 張冰, 盧少微, 劉玉林, 國(guó)旭明 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)航空航天大學(xué)