CN102226289A - 一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 - Google Patents
一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102226289A CN102226289A CN2011101587480A CN201110158748A CN102226289A CN 102226289 A CN102226289 A CN 102226289A CN 2011101587480 A CN2011101587480 A CN 2011101587480A CN 201110158748 A CN201110158748 A CN 201110158748A CN 102226289 A CN102226289 A CN 102226289A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chamber
- electrolytic bath
- liquid phase
- phase plasma
- negative electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 13
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 13
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004567 concrete Substances 0.000 claims description 3
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Natural products C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- -1 methane amide Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910017767 Cu—Al Inorganic materials 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002650 Ni-SiC Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明公开了一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置，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。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。
Description
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。
在特定的电解液中，如果阴阳两极之间的电压超过击穿电压时，阴极与电解液界面处的电势突变产生的高电场强度，就会发生放电现象。此时伴随着弧光产生。由于放电，在阴极表面和电解液之间会产生有别于固态、液态、气态的物质第四态“等离子体”。等离子体可以达到很高的温度，具有极高的能量密度（104~106W/mm2），高能量的等离子体性以极短的时间将镀件与基体加热到熔凝状态，使得镀层材料与基体材料相互渗透，形成再结晶组织，真正实现两者的冶金结合，大大提高了镀层与基体的结合强度。
本发明利用液相等离子体强大的热效应对纳米复合镀层进行强化，形成具有冶金结合的纳米复合镀层。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。
附图说明
图1是 液相等离子体强化过程示意图。
具体实施方式
纳米Cu-Al2O3复合镀层强化工艺。
镀层基体材料：45号钢；镀层厚度0.1mm。阳极材料：不锈钢。
电解液成分：甲酰胺(HCONH2) ：10~20 g/L，KCl：5~10 g/L，其余为水。
一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置，该装置包括搅拌器1、温控仪2、电解液槽3、加热器4、磁力泵5、过滤机6 、流量调节阀7、转子流量计8、阴极9；高压直流电源10；阳极11、强化室12。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。
一种采用液相等离子体装置进行纳米复合镀层的方法，该方法在特定的电解液体系中自组织原位生成。强化过程在常温下进行，其工艺装置类似一般的电沉积系统，设备简单，成本低廉。具体步骤如下：
首先将经过搅拌器1、温控仪2、电解液槽3、加热器4等设备控温的电解液从电解液槽3经磁力泵5和过滤器6的加压和过滤后抽送到强化室13，电解液最后再通过强化室12底部的回流口回流到电解液槽3中，完成电解液循环过程。
在高压直流电源10提供产生液相等离子体所必需电压。其中复合镀层接电源的负极9，不锈钢阳极11接电源正极。强化过程中，电解液温度保持40~45℃。
复合镀层的强化过程在强化室12中进行，结果发现随着电沉积电压的逐渐提高，在针状电极表面产生了气泡量逐渐增加，析氢反应明显。当电压提高到一定程度后，电极周围电解液逐渐开始沸腾，产生的大量气体渐渐将整个电极包裹起来，产生的气体已形成一个完整的气膜将试样包裹在其中，使电极与周围电解液完全脱离，此时开始发生局部气膜击穿火花放电现象，并伴随着气泡爆裂声
当施加电压超过300V时，在阴极镀件表面产生了浅蓝色的弧光，大约5min后停止试验。观察发现镀层表面形成了许多放电微坑，形成了明显致密的强化层。XRD初步测试表明复合镀层中部分纳米颗粒以及金属离子进入了基体内部并产生了合金化。
本发明利用液相等离子体强大的热效应对纳米复合镀层进行强化，形成具有冶金结合的纳米复合镀层。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。
Claims (5)
1.一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（1）、温控仪（2）、电解液槽（3）、加热器（4）、磁力泵（5）、过滤机（6）、流量调节阀（7）、阴极（9）、高压直流电源（10）、阳极（11）和强化室（12），搅拌器（1）、温控仪（2）和加热器（4）设置在电解液槽（3）内；磁力泵（5）的一端与电解液槽（3）连接，另一端通过过滤机（6）与强化室（12）连接；在过滤机（6）与强化室（12）间设有流量调节阀（7）；强化室（12）下端的回流口与电解液槽（3）连接；与高压直流电源（10）连接的阴极（9）和阳极（11）设置在强化室（12）内。
2.根据权利要求1所述的液相等离子体强化纳米复合镀层装置，其特征在于：在强化室（12）的下端出口与过滤机（6）间设有转子流量计（8）。
3.一种权利要求1所述的液相等离子体强化纳米复合镀层装置的使用方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
1）通过搅拌器（1）将电解液槽（3）内的电解液混合均，通过温控仪（2）和加热器（4）对电解液加热并控制在设定温度；
2）通过磁力泵（5）和过滤器（6）将电解液槽（3）内的电解液抽送到强化室（13）；
3）采用待镀件为阴极（9），不锈钢为阳极（11），将阴极（9）和阳极（11）与高压直流电源（10）连接；电解液通过强化室（12）底部的回流口回流到电解液槽（3）中，完成电解液循环过程；
4）打开高压直流电源（10），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。
4.根据权利要求3所述的液相等离子体强化纳米复合镀层装置的使用方法，其特征在于：电解液成分为：甲酰胺 ：10~20 g/L，KCl：5~10 g/L，其余为水。
5.根据权利要求3所述的液相等离子体强化纳米复合镀层装置的使用方法，其特征在于：步骤1）中，设定温度是40~45℃，电解液温度保持在40~45℃。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011101587480A CN102226289A (zh) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | 一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011101587480A CN102226289A (zh) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | 一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102226289A true CN102226289A (zh) | 2011-10-26 |
Family
ID=44807284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011101587480A Pending CN102226289A (zh) | 2011-06-14 | 2011-06-14 | 一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102226289A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109055933A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-21 | 北京理工大学 | 一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置 |
| CN110586932A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-20 | 北京理工大学 | 一种利用等离子电解改善铁粉高温高盐性能的方法 |
| CN110625206A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种活塞环表面微型储油腔加工方法 |
| CN110777250A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-11 | 徐州工程学院 | 一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87211969U (zh) * | 1987-08-22 | 1988-07-20 | 北京高熔金属材料厂 | 钨丝镀金用连续电镀装置 |
| CN1139710A (zh) * | 1995-03-23 | 1997-01-08 | Sms舒路曼-斯玛公司 | 从含金属电解液中离析金属的装置 |
| CN1473206A (zh) * | 2000-11-08 | 2004-02-04 | 等离子电镀 | |
| CN101871108A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-10-27 | 河南理工大学 | 电解液真空沸腾式高速电沉积方法及装置 |
-
2011
- 2011-06-14 CN CN2011101587480A patent/CN102226289A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87211969U (zh) * | 1987-08-22 | 1988-07-20 | 北京高熔金属材料厂 | 钨丝镀金用连续电镀装置 |
| CN1139710A (zh) * | 1995-03-23 | 1997-01-08 | Sms舒路曼-斯玛公司 | 从含金属电解液中离析金属的装置 |
| CN1473206A (zh) * | 2000-11-08 | 2004-02-04 | 等离子电镀 | |
| CN101871108A (zh) * | 2010-06-11 | 2010-10-27 | 河南理工大学 | 电解液真空沸腾式高速电沉积方法及装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109055933A (zh) * | 2018-09-04 | 2018-12-21 | 北京理工大学 | 一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置 |
| CN109055933B (zh) * | 2018-09-04 | 2020-11-10 | 北京理工大学 | 一种粉体液相等离子表面改性方法及其装置 |
| CN110586932A (zh) * | 2019-09-19 | 2019-12-20 | 北京理工大学 | 一种利用等离子电解改善铁粉高温高盐性能的方法 |
| CN110625206A (zh) * | 2019-09-30 | 2019-12-31 | 江苏大学 | 一种活塞环表面微型储油腔加工方法 |
| CN110777250A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-02-11 | 徐州工程学院 | 一种水下粒子空泡耦合的材料强化装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103255452B (zh) | 一种选择性金属电沉积装置及其应用 | |
| CN104562128B (zh) | 一种在金属或金属复合材料表面制备热防护陶瓷层的方法 | |
| CN104164690B (zh) | 阴极等离子电解大面积沉积涂层和表面改性的方法 | |
| CN102226289A (zh) | 一种液相等离子体强化纳米复合镀层装置及其使用方法 | |
| WO2023020300A1 (zh) | 一种激光辅助电沉积制备梯度镀层的方法及装置 | |
| CN101550579A (zh) | 大尺寸工件表面电场拘束微距微弧氧化的处理方法及装置 | |
| CN102787333A (zh) | 光纤激光与电化学复合纳秒脉冲沉积的制造方法和装置 | |
| CN102146573A (zh) | 超临界流体电铸成型制备纳米复合材料的方法 | |
| CN107385485A (zh) | 大面积连续沉积涂层和表面改性方法 | |
| Liu et al. | Electro-deposition metallic tungsten coatings in a Na2WO4–WO3 melt on copper based alloy substrate | |
| CN104911642A (zh) | RE-Ni-Mo/GO纳米复合沉积液及制备方法和用途 | |
| CN102131961A (zh) | 合金涂覆装置及电解电镀方法 | |
| CN104372394A (zh) | 一种氧化物陶瓷层的制备方法 | |
| CN111850660A (zh) | 一种基于电镀方法的简易超疏水管内表面制备装置 | |
| CN115058756B (zh) | 适用于3c电子产品氧化工艺的节能型双飞靶氧化槽 | |
| CN101195926B (zh) | 铝合金表面获得TiAl/Al2O3复合材料陶瓷膜层的方法 | |
| CN108441912A (zh) | 铝合金表面Al3C4-Al2O3-ZrO2耐磨复合涂层的制备方法 | |
| CN102936725A (zh) | 不锈钢1Cr18Ni9Ti表面微纳米金属陶瓷涂层的制备方法 | |
| CN1706990A (zh) | 管件表面陶瓷化处理工艺 | |
| CN102644075A (zh) | 一种tc4钛合金表面质量优良的电火花表面强化制备工艺 | |
| CN114481266B (zh) | 一种激光刻蚀微织构表面复合电沉积自润滑涂层的制备方法及装置 | |
| CN102041543A (zh) | 金属表面富勒烯/金属复合薄膜的制备方法 | |
| CN101550568A (zh) | 在金属工件上镀纳米镍层的方法 | |
| CN116511738A (zh) | 一种带热障涂层金属激光打孔与内壁高效电解后处理加工方法及装置 | |
| CN1490434A (zh) | 一种在镁合金表面阴、阳双极微弧电沉积陶瓷层的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111026 |