[发明专利]一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合镀层的装置及其使用方法，具体地说是一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法。

背景技术

目前，基于纳米材料的优异特性和广泛的应用，纳米复合镀层的制备与表征已经成为纳米科技研究前沿和热点之一。纳米复合镀层材料就是在金属单质或合金与各种不同用途的纳米粒子通过电化学方法进行共沉积获得的，总体来说，纳米复合镀层材料具有获得具有特定性能的，可以满足不同场合的应用需求。目前国内10余所科研单位从事纳米复合镀层的制备研究，例如朱荻科研团队自2001年以后分别采用脉冲电源或直流槽镀方式制备Ni-SiC、Ni-ZrO₂、Ni-LaO₃等纳米复合镀层。徐滨士院士采用电刷镀工艺将SiO₂、金刚石等纳米颗粒沉积到主体金属，研究发现该类复合材料也具有良好的耐磨性和耐腐蚀性等物理、化学性能，并已经将其成功应用到废旧零部件（例如飞机发动机）的修复上，成为再制造领域不可缺少的手段之一。最近还有科研人员尝试在电沉积过程中引入超声波来辅助制造各类纳米复合镀层，结果发现超声波的空化效应能够明显提高复合镀层的复合量，使得其综合性能更加突出。对于上述的研究基本上是基于常规的电沉积原理进行的，存在最突出的问题复合镀层与基体金属之间属于机械结合，结合强度较低，这对于复合镀层的进一步应用影响巨大。

为了能够提高复合镀层的结合强度，研究人员也提出了很多方法，目前最常见的方法是采用高强度的激光对复合镀层进行熔覆处理。控制激光工艺参数，利用激光快速加热快速冷却的特点，将镀层结合处的材料熔化，渗透，并产生重结晶，使得两者的结合由单纯的机械结合转变为冶金结合，提高了镀层的结合强度。此外经过激光处理后还能够进一步提高镀层的显微硬度。但是激光熔覆工艺也具有如下明显的缺点：工艺参数难以控制、重复性较差，成本高昂、耗能严重等。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法，该装置结构简单、成本低廉，实用性强。采用该装置进行液相等离子体强化纳米复合镀层，液相等离子体在电解液体系中自组织原位生成，强化过程在常温下进行，工艺简单、操作方便，解决了当前复合镀层制备出现的结合强度低的缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置，其特征在于：该装置包括搅拌器、温控仪、电解液槽、加热器、磁力泵、过滤机 、流量调节阀、阴极、高压直流电源、阳极和强化室，搅拌器、温控仪和加热器设置在电解液槽内；磁力泵的一端与电解液槽连接，另一端通过过滤机与强化室连接；在过滤机与强化室间设有流量调节阀；强化室底部的回流口与电解液槽连接；与高压直流电源连接的阴极和阳极设置在强化室内。

本发明在强化室的底部出口与过滤机间设有转子流量计。

一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置的使用方法，该方法具体步骤如下：

1）通过搅拌器将电解液槽内的电解液混合均，通过温控仪和加热器对电解液加热并控制在设定温度；设定温度可以是40~45℃，电解液温度保持在40~45℃；

2）通过磁力泵和过滤器将电解液槽内的电解液抽送到强化室；

3）采用待镀件为阴极，不锈钢为阳极，将阴极和阳极与高压直流电源连接；电解液通过强化室底部的回流口回流到电解液槽中，完成电解液循环过程；

4）打开高压直流电源，施加电压超过300V，在阴极待镀件表面产生浅蓝色的弧光，经过3-7min后，在阴极待镀件镀层表面形成放电微坑，得到明显致密的镀层。

本发明中，电解液成分为：甲酰胺(HCONH₂) ：10~20 g/L，KCl：5~10 g/L，其余为水。

本发明液相等离子体强化工艺原理如图1所示，高压直流电源提供液相等离子体所需要的击穿电压，纳米复合镀层作为阴极接直流电源的负极，阳极接电源的正极。磁力泵、过滤机 、流量调节阀、转子流量计负责将电解液槽中的电解液以一定的流量抽送到强化室中。