[發明專利]一種耐腐蝕復合銅基微細線及其制備方法

在審

• 申請號: 201811457028.2
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN111254312A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 曹勝彬;李雷
• 申請（專利權）人: 上海電機學院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/02;B21C37/04;C09D133/04;C09D5/08;C09D7/61
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種耐腐蝕復合銅基微細線及其制備方法，耐腐蝕復合銅基微細線由合金層以及包覆在合金層外部的石墨烯層組成，合金層為銅基合金層，主要成分為銅、銀和/或稀土元素，采用水平連續定向凝固法制備定向凝固鑄桿，然后采用連續冷拉拔將定向凝固鑄桿的直徑拉至小于0.05mm，再涂覆石墨烯水性丙烯酸防腐涂料，制備得到耐腐蝕復合銅基微細線。與現有技術相比，本發明能增強其抗拉強度；使用一種新型耐腐蝕涂層，具有環保性能，不降低其導電性能，最終所制備的復合銅基微細線達到在海上環境耐腐蝕的要求，能大規模應用。

技術領域

本發明涉及復合材料領域，尤其是涉及一種耐腐蝕復合銅基微細線及其制備方法。

背景技術

微細線是指線材直徑在0.05mm及以下的線材，廣泛用于3C產品、微特電機和電聲器材等工業品中，微細線的性能對于微特電機和電聲器材的體積、功率和壽命有著重要的影響。隨著國內發展工業4.0的趨勢，微細線市場需求在逐年增長。許多海上工程都安裝了智能裝備和電聲器材，微細線的性能在某種程度上決定器材壽命以及設備的正常運轉。長期工作在海水氛圍下，會線材容易引發孔蝕、縫隙腐蝕等，隨著時間的推移會受到不同程度直接或者間接的損壞。目前，應用較為廣泛的防腐技術主要有以下幾種：鍍層或涂層保護，酸洗鈍化方法，陰極保護、陽極保護、介質處理、緩蝕劑表面覆蓋、氧化處理等。

石墨烯超大的比表面積、優良的阻隔性、高的化學穩定性及良好的導電性等性能，對于防腐工作有一些啟示。石墨烯薄膜覆于銅及合金表面的實驗及結論目前有一些，但大多數沒有實際生產運用。如：國外學者通過化學氣相沉積技術，在800℃～900℃條件下得到銅表面石墨烯復合材料，結果表明以石墨烯薄膜作為涂層，較以往人們在銅表面涂鍍金屬，使銅的耐腐蝕性增強近百倍；國內學者通過低壓氣相化學沉積法在銅基體表面制備單層石墨烯，電化學測試實驗表明，展示了單層石墨烯優異的抗腐蝕能力。但實驗也發現，在石墨烯縫隙或缺陷的地方銅基底會發生腐蝕。還有研究者通過氧化還原法和氣相沉積法分別在銅表面制備石墨烯，測試結果表明，石墨烯的存在能在一定程度上提高銅基體的耐腐蝕性。

近年來，基于石墨烯的防腐研究主要集中在純石墨烯防腐涂層以及石墨烯復合防腐涂層。單純使用石墨烯防腐蝕涂層具有很多局限性：對石墨烯品質要求高，一旦薄膜有輕微的缺陷便會加劇金屬腐蝕，只能提供短時間的抗氧化腐蝕效能；對金屬基底可選擇的不多，對設備要求高；難以大規模、大面積制備，難以產業化。目前，石墨烯復合防腐涂料的研究主要以溶劑型復合材料為主，因含有大量的有毒重金屬和揮發性有機物質，溶劑型防腐涂料的發展受到越來越多的限制。隨著人們環保意識的不斷提高，世界各國對防腐涂料的發展提出越來越多的要求，防腐涂料正向高性能化、功能化、綠色化的方向發展。

但是，目前的微細線在加工過程中，會產生加工硬化，使線材塑性不斷下降，導致斷線，降低了生產效率。尤其是拉制直徑在0.05mm以下的微細線時，在高速拉制和高速繞制線圈過程中，更容易斷線。因此，提高合金線材的抗拉強度，減少斷頭率，才能提高效率。目前，我國的高張力合金線材主要從日本進口，合金成分及其工藝了解甚少。

現有技術還通過氣相沉積法進行制備，但是該種方法成本高，只能在實驗室使用，尚不具備大規模生產條件，且石墨烯層與金屬表面結合力仍很低；氧化石墨烯還原法工藝復雜，需先涂覆氧化石墨烯，再用加熱法或化學法還原成石墨烯，難以全部還原，殘留有大量功能團，嚴重影響石墨烯性能。需要一種簡單工藝能使其能大規模生產。

在漆包線的防腐研究中，通常采用在漆中添加適當的有機溶劑以達到一定的耐腐蝕效果。但是這些有機溶劑不僅對人體有害而且其廢棄物方面也得不到很好的處理，所以需要一種新型耐腐蝕涂層材料來解決這些問題。

中國專利CN105097063A公開了一種含有石墨烯的高強度、高導電率銅或銅合金導線。該導線包括含有增強相的銅或銅合金線芯和生長在線芯外的石墨烯膜。增強相為石墨烯、碳納米管、陶瓷中的一種或多種，石墨烯膜為1～10層。但是該專利中石墨烯等材料主要是作為增強相使用，并不是作為表面涂覆從而起到耐腐蝕的作用，且該專利中的金屬材料組成成分并沒有明確指明。