专利名称：一种制备金属多层膜镀层的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种采用电沉积方法制备金属多层膜镀层的装置。
背景技术：
金属多层膜又可称为组分调制合金，是一种金属或合金沉积在另一种金属或合金上形成的组分或结构周期性变化的材料，由多种不同材料交替生长而形成的多层膜，其力学性能随调制波长的变化而发生变化。多层膜具有很多优异的特性，例如良好的导电性、耐蚀性、耐磨性、装饰性、磁性、热稳定性等。金属多层膜的制备和性能研究已成为当前物理学和材料学领域的热点，其制备方法有物理方法和电化学方法，其中物理方法包括真空蒸镀、离子溅射等物理气相沉积、金属 有机物、化学气相沉积于分子束外延成型等，电化学方法又可分为单槽法、双槽法和液流法，依据不同的金属不同的还原电位，采用适当的电流脉冲，并控制电解液中预镀金属的离子配比，可以控制沉积金属的成分及沉积速度，从而制备出多层膜，因此又称电沉积方法。电沉积方法与物理方法相比，避免了离子溅射、物理蒸镀等方法所要求的高真空或超高真空条件，为多层膜制备提供了操作容易、技术要求简单的新方法。电沉积方法是一种制备多层膜结构材料的简便方法，可以方便地对多层膜材料的结构、组成及性能加以调整，具有广阔的发展前景，自1921年Blum利用双电解槽交替沉积金属Cu/Ni多层膜以来，组分调制合金的电沉积技术取得了很大进展，相关研究工作主要表现在对电沉积材料的结构、组分和调制波长的精确控制以及多层膜性能的提升，制备出的多层膜组分调制合金多是以金属单质为基础进行周期性变化的多层膜结构。但是关于用电沉积方法制备金属多层膜的装置却没有更好的发展，由于制备多层膜需要不同的电解液，而不同的电解液又需要不同电流密度或不同类型电流才能进行电沉积，该难题不好解决，造成传统的制备金属多层膜镀层的装置大多结构复杂，不易于操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、易于操作的采用电沉积方法制备金属多层膜镀层的装置。本发明采用如下技术方案一种制备金属多层膜镀层的装置，包括沿周向间隔布置的用于分别盛放不同电解液的电解槽以及分别为各电解槽内的电解液提供不同电流的电源，各电解槽内分别悬伸有与各自对应电源的正极导电连接的金属件，电解槽的上方设有用于带动工件绕各电解槽所在周向旋转的旋转机构，所述旋转机构包括轴线沿上下方向延伸的转轴以及驱动转轴转动的动力装置，转轴上固定有沿其径向方向延伸的悬臂架，悬臂架上设有用于挂装工件的挂架，且悬臂架的上方设有电流转换器，所述电流转换器包括沿转轴周向间隔布置的与各电源的负极一一对应导电连接的固定接触件以及用于与工件导电连接的动接触件，所述动接触件绝缘装配在转轴的侧壁上并在工件依次进入电解槽内时与各固定接触件依次转动摩擦配合。
所述电解槽所在周向上位于相邻两个电解槽之间还分别设有用于盛放蒸馏水的蒸馏槽。所述电解槽和蒸馏槽均为扇形槽，且电解槽和蒸馏槽依次相接形成环槽。所述挂架通过固定在悬臂架上的筒状结构的导轨滑动装配在悬臂架上，导轨的轴线方向与悬臂架的延伸方向一致，导轨的筒壁上开设有沿其轴向方向延伸的与所述挂架滑动导向配合的滑槽。所述动接触件通过导轨和挂架用于与工件导电连接，导轨通过导线与动接触件导电连接。 所述悬臂架为对称布置在转轴两侧的两个，所述挂架为分别滑动装配在各自对应悬臂架上的两个，所述动接触件为沿转轴周向间隔布置的分别与两个导轨导电连接的两个。所述电解槽上设有用于控制各电解槽内的电解液温度的温控系统，所述温控系统包括安装在各电解槽槽底外壁上的电热丝以及控制电热丝工作的温度控制器。所述动力装置为电机，电机的动力轴上传动连接有用于控制电机转速的速度控制器，所述转轴与速度控制器传动连接。所述电解槽和蒸馏槽上分别连有排水阀。采用上述结构的制备金属多层膜镀层的装置，由于电解槽沿周向间隔布置，各电解槽内用于分别盛放制备不同金属薄膜的电解液，而且旋转机构带动工件绕电解槽所在周向旋转，使工件在转动过程中依次进入电解槽内，并在各电解槽内分别完成不同金属薄膜的制备，工件转动一周便完成单层不同金属薄膜的叠加，解决了多元多层膜电沉积的装置问题；同时，电流转换器的固定接触件沿转轴周向间隔布置并分别与电源的负极一一导电连接，电流转换器的动接触件绝缘装配在转轴上与固定接触件依次转动摩擦配合，而且动接触件与挂装在挂架上的工件导电连接，在转轴转动过程中，动接触件通过与固定接触件的依次转动摩擦配合，实现与各电源的负极依次导电连接，使电源可以为工件在不同的电解液内提供不同的电流，满足了不同电解液需要不同电流密度或不同类型电流进行电沉积的要求。整个装置结构简单，只要将工件挂装在挂架上便能操作完成金属多层膜镀层的制备，操作方便。悬臂架采用对称布置在转轴两侧的两个,而且动接触件也为与悬臂架对应设置的两个，通过利用电解槽以及固定接触件的结构，可以在一次循环过程中同时完成两个工件的电沉积，从而提闻工作效率。所述转轴与速度控制器传动连接，通过速度控制器可以控制转轴的转速，可以控制工件在每个电解槽内的电沉积时间，大大增加了各层膜的均匀性，很大程度上提高了沉积层的质量。所述挂架滑动装配在悬臂架上，可以调节工件与金属件的距离。另外，电解槽上还设有温控系统，通过温度控制器控制电热丝的工作，可以保证电沉积在恒温的环境中进行。
图I为本发明的实施例结构示意图；图2为图I中的电解槽结构示意 图3为图I中的挂架结构示意图。
具体实施例方式本发明制备金属多层膜镀层的装置的实施例如图1-3所示，包括环槽I、旋转机构以及两个电源9，该装置利用电沉积方法制备金属多层膜，两个电源9用于提供不同大小的电流，当然也可以根据实际需要采用不同类型的电流，如直流和脉冲电流。环槽I的材料为玻璃、塑料等绝缘材料，环槽I的内、外槽壁之间连有四个周向间隔布置的隔板17，这样使环槽I被分割为四个扇形槽，相对的两个扇形槽的大小相同，使用时，其中两个相对的扇形槽内分别盛放不同的电解液，盛放电解液的两个扇形槽为电解槽15，另外两个相对的扇形槽内分别盛放蒸懼水，盛放蒸懼水的两个扇形槽为蒸懼槽16。两个电解槽15内分别悬伸有与金属件13，两个金属件13通过导线分别与两个电源9的正极导电连接，金属件13的材料分别为要制备的多层膜的材料。 所述旋转机构包括位于环槽I上方的动力输出端竖直朝向环槽I的电机5，电机5的动力轴上传动连接有速度控制器5，速度控制器5通过联轴器传动连接有轴线沿上下方向延伸的转轴4,这样通过速度控制器5可以控制转轴4的转速。转轴4的末端固定有两个径向方向延伸的悬臂架8，悬臂架8为绝缘材料，两个悬臂架8对称布置在转轴4的两侧，且在悬臂架8上分别固定有轴线方向与悬臂架8的延伸方向一致的导轨18，导轨18为筒状结构且为金属材料，导轨18的筒壁上开设有沿其轴向方向延伸的滑槽，滑槽内滑动装配有T型结构的挂架2，两个挂架2的竖直段上分别固定有挂钩，通过将工件11直接挂装在挂钩上，方便工件11的装配和拆卸，挂架2和挂钩均为金属材料，在挂架2沿导轨18轴向滑动时，挂架2始终与导轨18导电连接。所述悬臂架8的上方还设有电流转换器，电流转换器包括固定接触件7和动接触件3，固定接触件7为对称布置在转轴4两侧的两个，两个固定接触件7通过导线分别与两个电源9的负极导电连接，动接触件3为固定贴设在转轴4侧壁上的两个，动接触件3为金属材料，两个动接触件3沿转轴周向间隔布置并与两个悬臂架8上的导轨18 —一对应设置，对应的动接触件3和导轨18通过导线导电连接，在转轴4转动时，动接触件3依次与两个固定接触件7转动摩擦配合，当其中一个动接触件3与其中一个固定接触件7接触时，该动接触件3便与固定接触件7对应的电源9负极导电连接，进而使对应的挂钩与电源9的负极导电连接，同时为了防止转轴4导电，两个动接触件3与转轴4绝缘。由于电沉积过程中温度对沉积层性能有影响，环槽I上还设有温控系统，温控系统包括安装在各电解槽15槽底外壁上的电热丝12以及控制电热丝12工作的温度控制器14，依靠温控系统可以为整个电沉积过程提供恒温条件。在各电解槽15和蒸馏槽16上还连通设置有排水阀10，用于方便电解槽15和蒸馏槽16内的液体排放。上述实施例在制备多层膜时，以制备A/B 二元多层膜镀层为例介绍，两个金属件13分别为金属A和金属B，两个电解槽15内分别盛放适量的制备金属A薄膜和制备金属B薄膜的电解液，两个蒸馏槽16内盛放适量的蒸馏水。先将两个工件11分别挂装在挂架2的挂钩上，电机6工作驱动转轴4转动，同时悬臂架8带动各自的工件11沿环槽I的周向转动，使工件11依次经过电解槽15和蒸馏槽16，根据工艺要求计算出工件11在各电解槽15内的电沉积时间(即通过每个电解槽15的时间)，进而利用速度控制器5调整转轴4速度来调节在电解槽15内的电沉积时间，从而调节单层薄膜的厚度。其中一个工件11的电沉积过程具体如下，工件11以进入一个蒸馏槽16内进行清洗为起点，随后进入盛放制备金属A薄膜的电解槽15内，在盛放制备金属A薄膜的电解槽内，工件11 一边运动一边进行电沉积，此时，与工件11导电连接的电源为电沉积提供电流，完成金属A薄膜的电沉积；接着工件11转动进入下个蒸馏槽16内进行清洗，再进入盛放制备金属B薄膜的电解液的电解槽15内进行金属薄膜B的电沉积，此时与工件11导电连接的另一个电源电沉积提供电流，完成金属B薄膜的电沉积。至此，工件表面就形成了两层薄膜，接着再进行新一轮的循环，如此不停转动完成周期性变化电沉积，从而制备出金属多层膜镀层。上述实施例中，两个电解槽15之间分别有一个蒸懼槽16,这样使工件在电解槽15内完成电沉积后都进入蒸馏槽16内进行清洗，从而保证制备出的金属多层膜的性能，在其它实施例中，也可以不设置蒸馏槽，采用冲刷的方式也能实现清洗。
电解槽15的数量与要制备的金属多层膜的组成有关，而电源9以及固定接触件3的数量与电解槽15对应，因此，在其它实施例中，制备二元以上的金属多层膜镀层，只要保证电解槽沿周向间隔布置以及工件与对应的电源负极导电连接即可。当然，在其它实施例中，也可以设置一个悬臂架，而动接触件也只需要一个即可。
权利要求
1.一种制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于包括沿周向间隔布置的用于分别盛放不同电解液的电解槽以及分别为各电解槽内的电解液提供不同电流的电源，各电解槽内分别悬伸有与各自对应电源的正极导电连接的金属件，电解槽的上方设有用于带动工件绕各电解槽所在周向旋转的旋转机构，所述旋转机构包括轴线沿上下方向延伸的转轴以及驱动转轴转动的动力装置，转轴上固定有沿其径向方向延伸的悬臂架，悬臂架上设有用于挂装工件的挂架，且悬臂架的上方设有电流转换器，所述电流转换器包括沿转轴周向间隔布置的与各电源的负极一一对应导电连接的固定接触件以及用于与工件导电连接的动接触件，所述动接触件绝缘装配在转轴的侧壁上并在工件依次进入电解槽内时与各固定接触件依次转动摩擦配合。
2.根据权利要求I所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述电解槽所在周向上位于相邻两个电解槽之间还分别设有用于盛放蒸馏水的蒸馏槽。
3.根据权利要求2所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述电解槽和蒸馏槽均为扇形槽，且电解槽和蒸馏槽依次相接形成环槽。
4.根据权利要求I所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述挂架通过固定在悬臂架上的筒状结构的导轨滑动装配在悬臂架上，导轨的轴线方向与悬臂架的延伸方向一致，导轨的筒壁上开设有沿其轴向方向延伸的与所述挂架滑动导向配合的滑槽。
5.根据权利要求4所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述动接触件通过导轨和挂架用于与工件导电连接，导轨通过导线与动接触件导电连接。
6.根据权利要求5所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述悬臂架为对称布置在转轴两侧的两个，所述挂架为分别滑动装配在各自对应悬臂架上的两个，所述动接触件为沿转轴周向间隔布置的分别与两个导轨导电连接的两个。
7.根据权利要求I所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述电解槽上设有用于控制各电解槽内的电解液温度的温控系统，所述温控系统包括安装在各电解槽槽底外壁上的电热丝以及控制电热丝工作的温度控制器。
8.根据权利要求I所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述动力装置为电机，电机的动力轴上传动连接有用于控制电机转速的速度控制器，所述转轴与速度控制器传动连接。
9.根据权利要求2或3所述的制备金属多层膜镀层的装置，其特征在于所述电解槽和蒸馏槽上分别连有排水阀。
全文摘要
本发明公开了一种制备金属多层膜镀层的装置，包括沿周向间隔布置的电解槽及分别为各电解槽内的电解液提供不同电流的电源，各电解槽内分别悬伸有与各自对应电源的正极导电连接的金属件，旋转机构包括轴线沿上下方向延伸的转轴以及驱动转轴转动的动力装置，转轴上固定有沿其径向方向延伸的悬臂架，悬臂架上设有挂架，且悬臂架的上方设有电流转换器，电流转换器包括沿转轴周向间隔布置的与各电源的负极一一对应导电连接的固定接触件及与工件导电连接的动接触件，动接触件绝缘装配在转轴的侧壁上并与各固定接触件依次转动摩擦配合。整个装置结构简单，只要将工件挂装在挂架上便能操作完成金属多层膜镀层的制备，操作方便。
文档编号C25D5/10GK102677113SQ201210004528
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月9日 优先权日2012年1月9日
发明者刘春阳, 司东宏, 敖正红, 李济顺, 薛玉君, 隋新, 马伟 申请人:河南科技大学