[发明专利]一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于轻金属表面改性技术领域，特别是一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法。

背景技术

微弧氧化技术是近年来兴起的一种表面处理技术，它突破了传统阳极氧化技术工作电压的限制，将工作区域引入到高压放电区，利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在轻金属或其合金表面原位生成陶瓷层。该技术有效地提高了基体的耐蚀、耐磨、耐高温等性能，但存在表面绝缘等缺陷，致使一些轻金属材料的接线盒，既要耐磨性又要导电性而受到限制。

公开号CN102220027A “一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法”采用能导电的石墨烯为导电材料制备导电复合涂层，但其强度低，容易损耗，易脱落。公开号 CN102222565A “碳基复合电极材料及其制备方法和在超级电容器中的应用” 采用碳钢基体为导电材料制备复合涂层，但其腐蚀性能低，且电能消耗大。

氮化钛是一种新型的多功能金属陶瓷材料，它的熔点高、硬度大、摩擦系数小，是热和电的良导体。文献研究表明采用磁控溅射镀氮化钛的颗粒直径在100-175nm之间，而化学镀氮化钛的颗粒直径在80-200nm之间，复合陶瓷层表面颗粒相对较离散及导电性低。

如果在轻金属（Al、Mg、Ti）表面直接磁控溅射镀氮化钛，由于氮化钛太硬而基材太软，则导电涂层容易脱落。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前一些轻金属产品表面既要具有耐磨性、耐蚀性，又要具有导电性的要求，而提供了一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法。

本发明采用微弧氧化技术在轻金属表面制备一层陶瓷层，在陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积氮化钛涂层，形成轻金属基体及陶瓷层和氮化钛涂层的复合陶瓷层，并使其具有导电功能，且导电率大、耐磨性和耐蚀性好、膜基结合力强、涂层不易脱落。

实现本发明目的的技术方案是：

一种具有导电性能的复合陶瓷层结构，是在轻金属（AL、Mg、Ti）基材表面设置有微弧氧化陶瓷层，在微弧氧化陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积有氮化钛涂层。

一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法，包括如下步骤：

（1）将基材经冷加工处理，在其上切取试样；

（2）对切取的试样表面进行前处理：砂纸打磨→自来水清洗→丙酮清洗→去离子水清洗→吹干；

（3）放置到微弧氧化装置中进行微弧氧化处理，制备一层陶瓷层；

（4）将微弧氧化后的试样进行超声波清洗；

（5）在磁控溅射装置中沉积氮化钛涂层，实现复合陶瓷层具有导电性能；

（6）清洗并干燥，获得具有导电性能的复合陶瓷层。

步骤（3）所述的微弧氧化放置为恒定电流供电，使用的电源是MAO-65D型，电解槽为直径为200mm，深度为300mm塑料桶，溶液最大体积为5L，采用1块不锈钢板做阴极，试件为阳极。采用恒流的方法处理15~100min，膜的厚度为30~100μm。电解液溶度及电参数范围为：偏铝酸钠10~20g/L，氢氧化钠0.5~4g/L，六偏磷酸钠5~18g/L，电流密度为8~25A/dm²，频率200~700HZ，正负脉冲数了5∶2，占空比为5~40%。

步骤（5）所述的磁控溅射镀的工艺参数为：真空度为10^-5~10^-4Pa，通入氩气至1 ~ 35 Pa，用-500 ~ -1500V的偏压清洗陶瓷层10 ~ 50 min；沉积温度：室温 ~ 400℃，沉积气压为0.5~10Pa，沉积偏压为-100 ~ -300V，沉积时间为20 ~ 90min。

本发明的有益效果：采用微弧氧化技术在轻金属表面制备一层陶瓷层，在陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积氮化钛涂层，实现了微弧氧化陶瓷层的导电性能；解决了一些轻金属产品表面既要具有耐磨性、耐蚀性，又要具有导电性的要求；且制备的复合陶瓷层具有导电率大、耐磨性和耐蚀性好、膜基结合力强、复合涂层不易脱落的特点。

附图说明

图1为一种具有导电性能的复合陶瓷层的结构示意图；

图中，1.轻金属基材  2. 微弧氧化陶瓷层  3.氮化物涂层；

图2为实施例1具有导电性能的复合陶瓷层的表面形貌图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

参照图1，一种具有导电性能的复合陶瓷层结构，是在轻金属（AL、Mg、Ti）基材1表面设置有微弧氧化陶瓷层2，在微弧氧化陶瓷层2上设置有磁控溅射沉积氮化物涂层3。