[发明专利]TC4钛合金表面制备ZrO2/Cu复合镀层的方法

说明书

技术领域

本发明属于涂镀层表面制备技术领域，具体涉及一种TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法。

背景技术

钛及钛合金已在各个制造领域特别是石油工业领域获得广泛的应用，但由于钛及钛合金具有耐磨性能差，表面容易擦伤、咬死，且焊接性能差等缺点，限制了钛及钛合金的应用范围。现有技术中通常采用适当的电镀工艺对钛及钛合金表面予以处理，能够明显的改善钛及钛合金的表面性能，赋予其新的物理性能，扩大其应用范围。

铜金属具有良好的延展性和柔软性，导电性和导热性，容易抛光，而且熔点高，塑性好，应用在金属表面可显著降低摩擦因数，减小摩擦力，对改善金属材料表面的摩擦磨损性能具有良好的效果。二氧化锆是一种具有高熔点、高沸点、导热系数小、热膨胀系数大、耐磨性好和抗腐蚀性能优良等特点的无机非金属材料。

传统的钛合金表面镀Cu工艺，普遍存在以下问题：1、Cu镀层置于空气中易氧化生成黑色CuO，影响镀层的美观；2、采用表面覆盖Cu镀层的钛合金制备的高速柴油机缸体、汽车燃气涡轮发动机主轴等产品需要在高温下长期工作，这些产品很容易磨损损坏，传统电镀、喷涂等工艺对钛合金表面进行修复很难满足耐高温环境下对此类产品耐磨损的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法。该方法利用配制含有ZrO₂纳米颗粒的电镀液，通过适合的电镀工艺条件在TC4钛合金表面电沉积一层含有ZrO₂纳米颗粒和Cu的复合镀层，该复合镀层中ZrO₂纳米颗粒镶嵌在Cu基体中，能够有效阻碍高温条件下氧在复合镀层中的扩散，从而大大降低了复合镀层发生氧化反应的速度，增强了TC4钛合金表面的抗氧化性，此外，ZrO₂纳米颗粒的引入也显著提高了复合镀层的耐磨耐蚀性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、对TC4钛合金表面进行预处理，去除表面缺陷，然后将去除表面缺陷的TC4钛合金置于活化液中活化处理5min～20min；所述活化液由体积比为(2～7):1的甲酰胺和氢氟酸混合制成；

步骤二、配制电镀液，然后向电镀液中加入ZrO₂纳米颗粒，搅拌均匀后调节电镀液的pH为2～5，静置10h后待用，所述ZrO₂纳米颗粒的加入量为每升电镀液中加入0.5g～20gZrO₂纳米颗粒；所述电镀液由以下原料配制而成：硫酸铜100g/L～200g/L，浓硫酸40ml/L～70ml/L，氯化钠0.02g/L～1.00g/L，吐温800.02g/L～5g/L，十二烷基苯磺酸钠0.02g/L～2g/L，余量为水；所述浓硫酸的质量浓度不低于98％；

步骤三、将两块相同的铜排和步骤一中经活化处理后的TC4钛合金置于步骤二中静置后的电镀液中，所述TC4钛合金放置在两块铜排的中间位置，以两块铜排为阳极，以TC4钛合金为阴极，在搅拌条件下进行氧化还原反应，使TC4钛合金表面电沉积一层均匀的ZrO₂/Cu复合镀层；所述氧化还原反应过程中电压为0.3V～1.5V，电镀液的温度为20℃～45℃，所述氧化还原反应的时间为5min～50min。

上述的TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法，其特征在于，步骤一中所述预处理的方法为：采用碳酸钠和氢氧化钠的混合溶液清洗TC4钛合金去除表面油脂，然后对去除油脂后的TC4钛合金进行打磨处理去除表面缺陷，清洗后吹干。

上述的TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法，其特征在于，所述混合溶液中碳酸钠的质量浓度为10g/L，氢氧化钠的质量浓度为5g/L。

上述的TC4钛合金表面制备ZrO₂/Cu复合镀层的方法，其特征在于，步骤一中所述活化液由体积比为5:1的甲酰胺和氢氟酸混合制成。