一种薄壁腔裂缝结构的碳纤维复合材料的表面金属化处理方法技术

本发明专利技术涉及一种薄壁腔裂缝结构的碳纤维复合材料的表面金属化处理方法。具体操作如下：制作波导芯模，波导芯模为内嵌式的铝合金芯模、芯模去污除油、碱性除油、酸洗浸蚀、浸锌、无氰镀银、活化、镀铜、镀铜层喷砂处理、复合材料缠绕成型、芯模溶解、获得内腔具的功能性镀层的壁厚20‑55um的碳纤维复合材料波导，其内腔铜镀层的厚度为10‑50um，银/金镀层的厚度为2‑10um。解决了碳纤维材料波导深腔金属化问题，该问题是传统金属化方式无法直接在碳纤维表面形成金属镀层或结构设计复杂,碳纤维缠绕后无法进行脱模处理。

Surface metallization method for carbon fiber composite material with thin-walled cavity structure

The invention relates to a surface metallization method for carbon fiber composite material with a thin-walled cavity crack structure. Specific operations are as follows: fabrication of waveguide core mold, waveguide core mold for embedded aluminum alloy core mold, core mold decontamination degreasing, alkaline degreasing, acid etching, zinc dipping, cyanide-free silver plating, activation, copper plating, copper coating sandblasting treatment, composite winding molding, core mold dissolution, to obtain the functional coating of the cavity wall thickness of 20_55um The thickness of copper coating in the inner cavity of carbon fiber composite waveguide is 10.50 um and that of silver/gold coating is 2.10 um. The problem of deep cavity metallization of carbon fiber waveguide is solved. The traditional metallization method can not directly form metal coating on the surface of carbon fiber or the structure design is complex. The carbon fiber can not be demoulded after winding.

【技术实现步骤摘要】
一种薄壁腔裂缝结构的碳纤维复合材料的表面金属化处理方法
本专利技术属于碳纤维复合材料表面处理
，具体涉及使碳纤维复合材料表面获得功能型金属镀层的处理方法。技术背景碳纤维材料具有重量轻,强度大的特点，因此其应用的范围广泛，在军事领域碳纤维材料可以制作雷达天线罩、天线、机箱和无人机等。目前，碳纤维材料的表面金属化处理主要有二种方式，一是采用常规电镀工艺技术,即直接在其表面电镀所需要功能性镀层；通过一段时间的试验,我们发现碳纤维材料在成型后其表面都会均匀覆盖一层树脂，而树脂材料的不同，对前处理的要求和电镀金属化都有很大的影响；而成形后的碳纤维材料,往往结构都很复杂,深腔结构也使金属化很难实现。二是采用脱模法使碳纤维表面获得所需功能性镀层，具体操作方法是在芯模上电镀一层金属镀层，将碳纤维缠绕成型后，脱去芯模，然后再电镀功能型镀层，这种方法无需考虑树脂的粗化，但针对复杂结构时，很难实现。
技术实现思路
为了实现复杂腔室结构的碳纤维复合材料的表面金属化，本专利技术提供一种薄壁腔裂缝结构的碳纤维复合材料的表面金属化处理方法。一种薄壁碳纤维复合材料波导内腔表面的金属化处理的操作步骤如下：（1）制作波导芯模（1.1）制作铝合金芯模按波导的设计要求，制作内嵌式的铝合金芯模，铝合金芯模的表面应无严重划痕、腐蚀等明显缺陷；（1.2）清洗用清水超声清洗铝合金芯模，时间10-20分钟；（1.3）碱性除油用除油溶液洗净铝合金芯模，再用清水冲洗；（1.4）酸洗浸蚀用酸洗溶液洗涤除油的铝合金芯模；（1.5）浸锌用浸锌溶液洗涤酸洗浸蚀的铝合金芯模；（1.6）镀银或镀金在浸锌的铝合金芯模的表面进行无氰镀银或无氰镀金，得到镀银或镀金的铝合金芯模；（1.7）镀铜在镀银的铝合金芯模的表面进行镀铜，得到镀铜的铝合金芯模；（2）喷砂处理将镀铜的铝合金芯模进行喷砂处理；（3）缠绕复合材料成型在喷砂处理的镀铜的铝合金芯模表面均匀缠绕上树脂型碳纤维复合材料，所述树脂型碳纤维复合材料为TDE86树脂型碳纤维复合材料或JT-2树脂型碳纤维复合材料。在真空状态下加热成型；得到具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导；（4）溶解铝合金芯模将具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导浸入氢氧化钠溶液中，并伴随搅拌，腐蚀掉铝合金芯模，得到碳纤维复合材料波导；（5）清洗烘干将碳纤维复合材料波导放入稀硫酸溶液中清洗，时间30～50秒，清水冲洗干净，烘干，得到内腔具的功能性镀层的壁厚1-2mm的碳纤维复合材料波导，其内腔铜镀层的厚度为10-30um、银镀层的厚度为5-10um或铜镀层的厚度为30-50um、镀金层厚度为2-5um。进一步限定的工艺技术方案如下：步骤（1.2）清洗，用清水超声清洗铝合金芯模，时间10-20分钟；步骤（1.3）碱性除油，将洗净的铝合金芯模在除油溶液中，温度60～70℃、时间50～70秒，取出清水冲洗；步骤（1.4）酸洗浸蚀，将除油的铝合金芯模在酸洗溶液中，室温下酸洗10～30秒；步骤（1.5）浸锌；将酸洗的铝合金芯模在浸锌溶液中，室温下浸洗50～70秒；步骤（1.6）镀银，在浸锌的铝合金芯模的表面进行无氰镀银；镀银溶液为E-Brite50/50无氰镀银溶液，pH值8.9～9.4，工艺条件：温度15～21℃、Dk0.3～0.6A/dm2、时间20～60分钟；阳极板为银板，阴极板为待镀铝合金芯模，阳极板和阴极板的面积比≥2:1，通入压缩空气搅拌，得到镀银的铝合金芯模；步骤（1.7）镀铜，在镀银的铝合金芯模的表面进行镀铜；镀铜溶液为E-BriteUltraCu碱铜溶液，pH值9.4～9.8，工艺条件：温度45～55℃、Dk0.5～1.5A/dm2、时间10～30分钟，阳极板为无氧铜板或纯铜板、阴极板为待镀铝合金芯模，通入压缩空气搅拌、；得到镀铜的铝合金芯模；步骤（1.6）中，在浸锌后的铝合金芯模的表面进行无氰镀金；镀金以柠檬酸金钾为主盐的无氰镀金溶液，pH值4.7～5.2，工艺条件：温度55～70℃、Dk0.2～0.8A/dm2、沉积速度0.5A/dm2时，15分钟沉积厚度为2μm；阳极板为镀铂钛网，阴极板为待镀铝合金芯模，通入压缩空气搅拌，镀金溶液采用循环过滤使用，滤芯2μm以下，滤芯材料为活性炭；得到镀金的铝合金芯模。步骤（4）中，所述氢氧化钠溶液由氢氧化钠100g/L和水配置而成。步骤（5）中，所述稀硫酸溶液由浓硫酸50ml/L和水配制而成。更进一步限定的工艺技术方案如下：步骤（1.3）中，除油溶液由氢氧化钠30g/L、碳酸钠50g/L、磷酸钠30g/L和水而成。步骤（1.4）中，所述酸洗溶液按体积比由硝酸∶水=1L∶1L配置而成。含硅Si、锰Mn的铝合金材料酸洗时可加入10～20%的氢氟酸。步骤（1.5）中，所述浸锌溶液由氢氧化钠500g/L、氧化锌100g/L、酒石酸钾钠10g/L、三氯化铁1g/L、氢氟酸1mL/L和去离子水配置而成。步骤（1.6）中，所述镀银溶液通过过滤实现循环使用，滤芯材料为活性炭，滤芯孔径2μm以下。步骤（1.7）中，所述镀铜溶液通过过滤实现循环使用，滤芯材料为活性炭，滤芯孔径5μm以下。本专利技术的有益技术效果体现在以下几个方面：1.芯模采用铝合金材质，在不影响芯模结构形状及碳纤维成型的条件下开有腐蚀空。2.采用反镀法使铝合金表面从内到外获得镀银层和镀铜层。镀层的厚度直接影响转移和退芯的效果。因此，采用金相分析法，获得最佳的镀层厚度。3.金相分析镀层厚度，控制电流及时间。由于电流的分布特性，芯模不同区域的电镀层厚度有不同差别，对比金相分析图片，结合电镀工艺参数数据，最终将电镀功能层平均厚度确定为30-50um。4.金属镀层转移：铝合金芯模金属化后，在铜层表面进行喷砂处理。目的是提高碳纤维材料与转移铜层间的结合力。5.镀层之间的结合力要求：（5.1）常规电镀获得的镀层需要与基体有较好的结合力，反镀法电镀获得的镀银层与基体之间则不需要较强的结合力，这就需要将前处理粗化的时间减少，以降低镀银层与基体的结合力（采用划格法测试结合力，根据QJ479中要求，在试件表面用尖刀划成约为1平方毫米的方格并划至露出基体金属，检查交叉处是否起皮脱落）。（5.2）镀铜层与镀银层之间则要保证较好的结合力，以保证在采用转移法将镀层转移至碳纤维表面时不会分层。对镀层按GB12307.2中的3.8条进行热震试验，具体试验条件为：250±10℃，时间30min，然后浸入室温的水中。取出后，在放大8倍下检查，镀层未出现起泡、起皮等缺陷，满足标准要求。（5.3）增加碳纤维与镀铜层的结合力。通过对镀层的喷砂处理，增加表面粗糙度；铺设一层预浸料增加粘合度。最终需要的结合力大小为：银铜层结合力〉碳纤维与镀铜层结合力〉基体与镀银层。附图说明图1为槽钢状波导结构示意图。图2为管状波导结构示意图。图3为本专利技术实施例1铝合金反镀时内导角处获得镀层厚度的金相分析图。图4为本专利技术实施例1铝合金反镀时平面区域获得镀层厚度的金相分析图。图5为本专利技术实施例1铝合金反镀时外导角处获得镀层厚度的金相分析图。图6为本专利技术实施例1铝芯的金属化层铜表面进行喷砂处理后微观图。具体实施方式下面结合附图，通过实施例对本专利技术作进一步地说明。实施例1本实施例被加工碳纤维复合材料波导呈槽钢状，见图1；具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄壁碳纤维复合材料波导内腔表面的金属化处理方法，其特征在于操作步骤如下：（1）制作波导芯模（1.1）制作铝合金芯模按波导的设计要求，制作内嵌式的铝合金芯模，铝合金芯模的表面应无严重划痕、腐蚀等明显缺陷；（1.2）清洗用清水超声清洗铝合金芯模，时间10‑20分钟；（1.3）碱性除油用除油溶液洗净铝合金芯模，再用清水冲洗；（1.4）酸洗浸蚀用酸洗溶液洗涤除油的铝合金芯模；（1.5）浸锌用浸锌溶液洗涤酸洗浸蚀的铝合金芯模；（1.6）镀银或镀金在浸锌的铝合金芯模的表面进行无氰镀银或无氰镀金，得到镀银或镀金的铝合金芯模；（1.7）镀铜在镀银的铝合金芯模的表面进行镀铜，得到镀铜的铝合金芯模；（2）喷砂处理将镀铜的铝合金芯模进行喷砂处理；（3）缠绕复合材料成型在喷砂处理的镀铜的铝合金芯模表面均匀缠绕上树脂型碳纤维复合材料，所述树脂型碳纤维复合材料为TDE86树脂型碳纤维复合材料或JT‑2树脂型碳纤维复合材料；在真空状态下加热成型；得到具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导；（4）溶解铝合金芯模将具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导浸入氢氧化钠溶液中，并伴随搅拌，腐蚀掉铝合金芯模，铝和氢氧化钠的化学反应式：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，使铝合金芯模迅速溶解在氢氧化钠溶液中，得到碳纤维复合材料波导；（5）清洗烘干将碳纤维复合材料波导放入稀硫酸溶液中清洗，时间30～50秒，清水冲洗干净，烘干，得到内腔具的功能性镀层的壁厚1‑2mm的碳纤维复合材料波导，其内腔铜镀层的厚度为10‑30um（10‑30um）、银镀层的厚度为5‑10um或铜镀层的厚度为30‑50um、镀金层厚度为2‑5um。...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁碳纤维复合材料波导内腔表面的金属化处理方法，其特征在于操作步骤如下：（1）制作波导芯模（1.1）制作铝合金芯模按波导的设计要求，制作内嵌式的铝合金芯模，铝合金芯模的表面应无严重划痕、腐蚀等明显缺陷；（1.2）清洗用清水超声清洗铝合金芯模，时间10-20分钟；（1.3）碱性除油用除油溶液洗净铝合金芯模，再用清水冲洗；（1.4）酸洗浸蚀用酸洗溶液洗涤除油的铝合金芯模；（1.5）浸锌用浸锌溶液洗涤酸洗浸蚀的铝合金芯模；（1.6）镀银或镀金在浸锌的铝合金芯模的表面进行无氰镀银或无氰镀金，得到镀银或镀金的铝合金芯模；（1.7）镀铜在镀银的铝合金芯模的表面进行镀铜，得到镀铜的铝合金芯模；（2）喷砂处理将镀铜的铝合金芯模进行喷砂处理；（3）缠绕复合材料成型在喷砂处理的镀铜的铝合金芯模表面均匀缠绕上树脂型碳纤维复合材料，所述树脂型碳纤维复合材料为TDE86树脂型碳纤维复合材料或JT-2树脂型碳纤维复合材料；在真空状态下加热成型；得到具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导；（4）溶解铝合金芯模将具有铝合金芯模的碳纤维复合材料波导浸入氢氧化钠溶液中，并伴随搅拌，腐蚀掉铝合金芯模，铝和氢氧化钠的化学反应式：2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2，使铝合金芯模迅速溶解在氢氧化钠溶液中，得到碳纤维复合材料波导；（5）清洗烘干将碳纤维复合材料波导放入稀硫酸溶液中清洗，时间30～50秒，清水冲洗干净，烘干，得到内腔具的功能性镀层的壁厚1-2mm的碳纤维复合材料波导，其内腔铜镀层的厚度为10-30um（10-30um）、银镀层的厚度为5-10um或铜镀层的厚度为30-50um、镀金层厚度为2-5um。2.根据权利要求1所述的一种薄壁碳纤维复合材料波导内腔表面的金属化处理方法，其特征在于：步骤（1.2）清洗，用清水超声清洗铝合金芯模，时间10-20分钟；步骤（1.3）碱性除油，将洗净的铝合金芯模在除油溶液中，温度60～70℃、时间50～70秒，取出清水冲洗；步骤（1.4）酸洗浸蚀，将除油的铝合金芯模在酸洗溶液中，室温下酸洗10～30秒；步骤（1.5）浸锌；将酸洗的铝合金芯模在浸锌溶液中，室温下浸洗50～70秒；步骤（1.6）镀银，在浸锌的铝合金芯模的表面进行无氰镀银；镀银溶液为E-Brite50/50无氰镀银溶液，pH值8.9～9.4，工艺条件：温度15～21℃、Dk0.3～0.6A/dm2、时间20～60分钟；阳极板为银板，阴极板为待镀铝合金芯模，阳极板和阴极板的面积比≥2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓霞，薛伟锋，张冲，胡江华，佟文清，韦生文，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34