[發(fā)明專利]一種銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710197317.2
• 申請(qǐng)日: 2017-03-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107099834A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周美鵬;麥永津;揭曉華;張留艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D15/00
• 分類號(hào): C25D15/00;C25D3/38;C25D5/18;C25D5/20
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所44329
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層由于具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能和摩擦學(xué)性能，在軸承、電接觸材料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。復(fù)合電鍍是指在電鍍?nèi)芤褐屑尤胍环N或幾種不溶性固態(tài)增強(qiáng)體，在金屬離子電沉積的同時(shí)將不溶性的固態(tài)增強(qiáng)體顆粒或纖維均勻牢固地結(jié)合到金屬鍍層中的方法。由于工藝簡(jiǎn)易、設(shè)備投入少和無(wú)需高溫作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，復(fù)合電鍍已經(jīng)成為制備銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層的有效技術(shù)之一。將兼具優(yōu)異力學(xué)性能、熱性能、電性能和自潤(rùn)滑性能的碳納米管和石墨烯分散于電鍍液中，通過(guò)復(fù)合電鍍技術(shù)制備性能優(yōu)異的金屬基復(fù)合涂層引起了廣大研究人員的興趣。研究結(jié)果表明，這些金屬基復(fù)合涂層的性質(zhì)在很大程度上取決于碳納米管和石墨烯在基體中的均勻分散程度，同時(shí)提高碳納米管和石墨烯在電鍍液中的分散性和穩(wěn)定性是采用復(fù)合電鍍技術(shù)制備碳納米管、石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層必不可少的關(guān)鍵步驟。專利(US 8,663,446 B2,Mar.4,2014)公開(kāi)了通過(guò)陽(yáng)離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和正辛基三甲基溴化銨(OTAB)，提高碳納米管在電鍍液中的分散性。此外，已報(bào)道的表面活性劑還包括有十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉和聚丙烯酸。然而，惰性的表面、粒子之間較強(qiáng)的范德華引力以及粒子與鍍液中金屬離子的相互作用使得碳納米管和石墨烯在電鍍液中的穩(wěn)定分散問(wèn)題一直是研究的難點(diǎn)，這就限制了納米管、石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合涂層性能的提升及其開(kāi)發(fā)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層的制備方法。該方法利用復(fù)配表面活性劑的協(xié)同作用，有效解決了羧化碳納米管和/或氧化石墨烯在電鍍液中的分散性和穩(wěn)定性差的問(wèn)題，同時(shí)使羧化碳納米管和/或氧化石墨烯帶有正電荷，它們與銅離子同時(shí)被還原，并被均勻、牢固地結(jié)合到銅鍍層中。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述方法制備的銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層。

本發(fā)明上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1.把羧化碳納米管和/或氧化石墨烯超聲分散于復(fù)合表面活性劑的水溶液中，形成分散液；

S2.將分散液與銅電鍍液超聲混合，離心處理并取上層液作為復(fù)合電鍍液；

S3.把基體與對(duì)電極置于復(fù)合電鍍液中，基體與對(duì)電極的距離維持在3～6cm，施加脈沖電流，且在整個(gè)過(guò)程中持續(xù)施加超聲振動(dòng)和機(jī)械攪拌，在基體表面得到的涂層，即為銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層。

優(yōu)選地，步驟S1中所述復(fù)合表面活性劑為聚丙烯酸和聚二烯丙基二甲基氯化銨，或者聚二烯丙基二甲基氯化銨和聚乙二醇辛基苯基醚。

優(yōu)選地，步驟S1中所述羧化碳納米管和/或氧化石墨烯的質(zhì)量與水的質(zhì)量比為(0.01～0.5)：100，所述羧化碳納米管和/或氧化石墨烯的質(zhì)量與表面活性劑的質(zhì)量比為1：(0.2～8)。

優(yōu)選地，步驟S1中所述羧化碳納米管為多壁碳納米管，外徑為10～30nm，管長(zhǎng)為10～30μm，羧基含量為1～1.23wt.％，所述氧化石墨烯的二維尺寸為0.1～5μm，所述氧化石墨烯的厚度為1～20個(gè)原子層。

優(yōu)選地，步驟S1中所述超聲的功率為50～80W，所述超聲的時(shí)間為0.5～1h。

優(yōu)選地，步驟S2中所述銅電鍍液包括CuSO₄、H₂SO₄和水，所述CuSO₄和H₂SO₄的濃度為分別為0.15～0.6mol/L和0.15～0.5mol/L，所述銅電鍍液與步驟S1的分散液體積比為1:1。

優(yōu)選地，步驟S2中所述超聲的功率為50～80W，所述超聲的時(shí)間為0.5～1h；所述離心的速率為1000～1500rpm，所述離心的時(shí)間為5～10min。

優(yōu)選地，步驟S3中所述超聲振動(dòng)的功率為50～80W，機(jī)械攪拌的速率為100～400rpm。

優(yōu)選地，步驟S3中所述基體為不銹鋼或黃銅片，所述對(duì)電極為銅片。

優(yōu)選地，步驟S3中所述脈沖電流的參數(shù)為：平均電流密度為0.1～1A/dm²，占空比為1％～50％，頻率為50～100Hz，電鍍時(shí)間為20～70min。

一種上述方法制備的銅基自潤(rùn)滑復(fù)合涂層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：