专利名称：纳米复合材料零件的电铸制造方法
技术领域：
本发明的纳米复合材料零件的电铸制造方法，属于电铸制造领域。
背景技术：
纳米科学是世界科学的主要研究热点。纳米材料是纳米科学的重要组成部分，受到了众多研究单位和生产部分的青睐，已投入众多研究资金进行纳米材料和制备工艺的研发。与单金属纳米材料相比，纳米复合材料的机械性能更佳，因而受到了更多的重视。纳米复合材料其中的一种是金属基纳米复合材料，其优异的性能显示了在工程中很好的应用前景。
电化学沉积技术是制造纳米复合材料零件/涂层的重要技术，已成功制备了多种纳米复合材料零件/涂层，其制造原理是在普通电沉积溶液中加入纳米粒子，沉积时沉积层是由金属原子和纳米粒子组成的复合沉积层。将纳米颗粒引入金属镀层中而赋予金属镀层以纳米颗粒独特的物理及化学性能的纳米复合电沉积技术，开辟了制备纳米复合材料的新途径，是纳米材料研究领域中极具活力的研究方向之一。它不仅表现在由该技术制备的纳米复合材料由于其中纳米颗粒增强相的存在，在硬度、耐磨减摩、内应力、耐蚀性、热稳定性、电催化性能和光催化性能等方面都显示出其独特的性能，因此在机械、化工、航天航空、汽车、电子以及纺织工业等领域有着极其广阔的应用前景，同时还体现在复合电沉积工艺具操作温度低、投资少、沉积层组成多样化和节省材料等优点。
纳米复合镀层优良的性能是建立在纳米颗粒均匀分布基础之上的。但是，纳米颗粒常常团聚于电铸液中，实践中常采用机械搅拌、超声振动或者两者的复合搅拌方式，或者加分散剂的方法来分散纳米颗粒。机械搅拌很难有效分散纳米颗粒；超声搅拌有一定分散效果，但一旦停止超声振动，纳米颗粒就迅速团聚，而如果在电铸过程中长时间使用超声搅拌，则会使溶液温度过高，影响沉积层的质量。另外，目前使超声振动频率不高，一般在几十K，超声振动产生的空化作用不足够强，难以有效抑制电铸液中大纳米颗粒团聚的出现；在铸液中加入分散剂可在一定程度抑制纳米颗粒的团聚，但是分散剂在电铸过程不断消耗，其消耗量很难计算，并且分散剂会复合到铸层中影响铸层质量。如何很好的解决复合电沉积过程中纳米颗粒的团聚，已成为该技术进一步发展的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可获得高物理机械性能的纳米复合材料零件的电铸制造方法。
一种纳米复合材料零件的电铸制造方法，其特征在于包括以下步骤(1)、将纳米粒子放入电铸液中，进行搅拌和超声振动冲击，以获得稳定的电铸液；(2)、将电铸阴极和阳极放入电铸液中，电铸电源负极与阴极相连，正极与阳极相连，进行电铸加工；(3)、电铸过程中，利用间歇工作的兆级超声振动使得电铸液中的纳米粒子团不断被打碎，且兆级超声的振动频率大于1mHz，工作时间为0.5-2分钟，间歇时间为5分钟-8分钟。
由于在电铸过程中使用了兆级超声振动源，它的高频和高能量可以有效地击碎电铸液中的大的纳米颗粒团聚，但同时，释放的能量使得电铸液温度升高。因此，采用脉冲式超声振动，即可以获得少无大团聚纳米粒子的电铸液，也可以保证电铸液的温度在可接受的范围内波动，以确保电铸既能正常进行，电铸层中也不会出现大的纳米颗粒团聚，从而提高电铸层物理机械性能。
图1是超声振动辅助电铸复合材料零件系统示意图。
图1中的标号名称1、兆级超声振动源，2、电铸液，3、纳米粒子，4、沉积槽，5、温度探头，6、温度控制器，7、加热管，8、阳极，9、电源。10、阴极。
具体实施例方式
图1是超声振动辅助电铸复合材料零件系统示意图。该系统由1、兆级超声振动源，2、电铸液，3、纳米粒子，4、沉积槽，5、温度探头，6、温度控制器，7、加热管，8、阳极，9、电源。10、阴极组成。其特点是兆级超声振动源1周期性地开通与断开，在兆级超声振动源开通后，它的高频和高能量所引发的撞击和空化作用迅速将电铸液中大的纳米颗粒团聚打碎，同时，释放的能量使得电铸液温度升高。断开兆级超声振动源1，电铸液中的纳米颗粒又逐渐出现团聚现象，同时，电铸液的温度也逐渐下降。周期性地进行这个过程，从而保证电铸层中大的纳米颗粒团聚。
下面以电沉积Ni-A1203纳米复合镀层为例电铸液成分如下氨基磺酸镍400g/L；氯化镍15g/L；硼酸30g/L；纳米A1203(50纳米)30g/L；表面活性剂适量。选择合适的搅拌方式(如机械搅拌、超声振动或两者结合的复合搅拌)搅拌1小时后，将阴极5、阳极8放入电铸液中，接通电源7开始电沉积。电沉积过程中继续进行搅拌，同时兆级超声振动进行间歇工作，工作时间为1分钟，间歇时间为6分钟。兆级超声的振动频率为5mHz，这时它的高频和高能量所引发的撞击和空化作用迅速将电铸液中大的纳米颗粒团聚打碎，电铸液中大颗粒尺度在150纳米左右，远小于没有间歇工作的兆级超声振动的800纳米。试验证明一般工作时间为0.5-2分钟，间歇时间为5分钟-8分钟。
整个电铸过程由加热器7，温度控制仪6，温度传感器5组成的温度控制系统控制电铸液2的温度。
权利要求
1.一种纳米复合材料零件的电铸制造方法，其特征在于包括以下步骤(1)、将纳米粒子放入电铸液中，进行搅拌和超声振动冲击，以获得稳定的电铸液；(2)、将电铸阴极和阳极放入电铸液中，电铸电源负极与阴极相连，正极与阳极相连，进行电铸加工；(3)、电铸过程中，利用间歇工作的兆级超声振动使得电铸液中的纳米粒子团不断被打碎，且兆级超声的振动频率大于1mHz，工作时间为0.5-2分钟，间歇时间为5分钟-8分钟。
全文摘要
本发明涉及一种纳米复合材料零件的电铸制造方法，属于电铸制造领域。该方法特征在于在电铸纳米复合材料零件过程中，采用脉冲式的超声振动冲击，使得电铸溶液中的纳米粒子团聚现象显著降低，以确保电铸层中镶嵌的纳米粒子不出现大的纳米团聚，从而提高电铸层的物理机械性能。利用本方法可获得高物理机械性能的纳米复合材料零件。
文档编号C25D15/00GK101021014SQ20061016169
公开日2007年8月22日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者曲宁松, 朱荻, 曾永彬 申请人:南京航空航天大学