[发明专利]电沉积铜-氮化铝高性能复合涂层镀液及其镀覆方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面电沉积铜-氮化铝(Cu-AlN)复合涂层制备方法，具体地说是通过复合电沉积方法制备具有高硬度、高耐磨、高导热率的铜-氮化铝(Cu-AlN)功能涂层。

背景技术

在金属材料的表面强化工艺中，使用涂层来提高其使用性能的方法被广泛采用。由于铜的硬度、导热性能能好，被广泛用做涂层的基体材料。但是纯铜涂层硬度低，耐磨性较差，因此用在材料表面处理中不能大范围应用。由于氮化铝AlN硬度高、耐磨性能好，而且导热系数高，化学稳定性能优异，在材料的设计领域中被广泛应用。将其与铜用复合电镀的方法，共沉积于金属表面得到的复合涂层，其硬度和耐磨性能有很大提高，导热系数与铜维持在相当的水平。将其应用到结晶器材料的表面处理等工艺中，具有良好市场应用前景。

复合电镀是指在电镀基础液中添加固体颗粒，通过搅拌使之充分悬浮，在沉积液中金属离子被还原剂还原的同时，可以将固体颗粒嵌入金属涂层中，从而制备具有特殊性能的复合功能涂层。随着对复合材料的研究开发，越来越多的金属和合金可用作复合涂层的基质，用于复合沉积的不溶性颗粒也大大扩展了。人们通过在电沉积液中加入不同的颗粒(Al₂O₃、石墨、等)获得具有耐腐蚀、耐磨损、高导热等功能性复合涂层。

发明内容

为了制得高硬度高耐磨性能的镀层，本发明提供了一种电沉积铜-氮化铝高性能复合涂层镀液及其镀覆方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

电沉积铜-氮化铝高性能复合涂层镀液包括下列配比的原料：

硫酸铜180～200g/L；络合剂丙酸2g/L；络合剂乳酸20ml/L；缓冲剂硼酸4.5g/L；稳定剂乙酸铅3mg/L；表面活性剂十二烷基苯磺酸钠100mg/L；氮化铝4～8g/；

除氮化铝和乙酸铅外，取其它原料混合均匀制得铜离子(Cu²⁺)基础镀液；

在氮化铝中加入100ml无水乙醇和乙酸铅混合配制成悬浊液，超声波振荡0.5h，添加到铜离子(Cu²⁺)基础镀液中，得到pH值为5.0复合涂层镀液。

所述氮化铝颗粒度为0.5～5μm。

在温度70℃，将被镀工件放入上述所得复合涂层镀液中，施镀时间2h，所得涂层基体为铜和氮化铝，氮化铝复合量为5.45-10.86wt％。

本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：

1、本发明针对铜-氮化铝(Cu-AlN)复合镀层，在镀液中分别加入无水乙醇，阴离子表面活性剂，克服了氮化铝AlN在镀液中的团聚现象，使氮化铝AlN在镀层中均匀分散，铜-氮化铝(Cu-AlN)复合涂层中氮化铝AlN复合量，相比较现有同类型电化学复合镀层提高了10％。

2、本发明制备的氮化铝AlN复合镀层相比较基础镀液制备的铜-氮化铝(Cu-AlN)复合镀层，其硬度较纯铜镀层提高50％，磨损量仅为纯铜镀层的20％，同时导热系数较铜没有明显下降，从而保证氮化铝AlN电沉积复合镀层在结晶器等表面处理领域更具实际应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1：

在45号钢基体(30×20×3mm)上制备铜-氮化铝(Cu-AlN)复合镀层。

电化学沉积铜-氮化铝(Cu-AlN)复合镀层镀液包括下列配比的原料：

硫酸铜                       180g/L；

络合剂丙酸                   2g/L；

络合剂乳酸                   20ml/L；

缓冲剂硼酸                   4.5g/L；

稳定剂乙酸铅                 3mg/L；

表面活性剂十二烷基苯磺酸钠   100mg/L

氮化铝                       4g/L；

氮化铝颗粒粒径               0.5μm；

铜-氮化铝(Cu-AlN)复合涂层镀液的制备步骤如下：

A、配制Cu²⁺基础镀液

按上述配方，除氮化铝(AlN)和乙酸铅外，取其它原料混合均匀配制取得铜离子基础镀液；

B、添加氮化铝(AlN)颗粒