本发明专利技术公开了一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料的制备方法，主要包括配制电解液、镀Pt液和镀Ag液，通过阳极氧化处理在钼箔表面形成具有纳米多孔，在具有纳米多孔的钼箔表面电镀Pt得到Mo/Pt电镀试样，对Mo/Pt电镀试样进行清洗、除气、压延和退火处理得到Mo/Pt层状试样，最后对该Mo/Pt层状试样进行银金属层复合。首先通过阳极氧化法在Mo表面制备出纳米多孔结构，以提高Mo箔的表面活性、然后制备Mo/Pt/Ag层状复合材料。本发明专利技术制备方法是一种能有效提高Mo/Pt/Ag层状复合材料界面结合强度以及焊接性能的制备方法。将本发明专利技术得到的Mo/Pt/Ag层状复合材料与空间砷化镓电池的电阻点焊拉伸结合强度可以满足国军标GJB2602‑1996和航天用户提出的160gf指标要求。
【技术实现步骤摘要】
一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法
本专利技术涉及一种层状复合材料的制备方法，尤其涉及一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法。
技术介绍
在地球低轨道运行的空间飞行器，如卫星、飞船和空间站，其能源供给主要靠太阳电池阵提供，而太阳能电池阵的使用寿命主要由互连片决定。传统的太阳电池阵列主要采用纯Ag金属作为互连片材料，由于低地球轨道环境中存在着原子氧和热循环效应，会造成金属Ag发生侵蚀脱落和热疲劳裂纹，导致太阳能电池阵失效。研究新的材料来代替传统金属Ag互连片可以有效提高太阳能电池阵使用寿命，对我国长寿命空间飞行器的服役具有重要的意义。Mo金属具有较低的热膨胀系数，抵抗轨道热循环导致的热疲劳的能力非常强，同时其抗原子氧侵蚀能力也较强。因此，采用Mo金属作为空间飞行器太阳电池阵互连片具有独特的优势。Mo金属作为互连片的缺点在于其可焊性很差，为解决该问题，可将Mo金属与可焊性良好的Ag金属进行复合制备出Mo/Ag层状复合材料。但由于Mo-Ag属于互不固溶金属，反应热为正，相互之间不发生扩散，Mo/Ag层状复合材料制备难度很大。本研究前期工作中，曾通过辐照损伤合金化方法制备出了Mo/Ag层状复合材料，所制备的复合材料与砷化镓太阳能电池焊接结合良好。但这种制备方法操作复杂，不适合工业大规模生产。之后本研究试图通过使用金属中间层的方法来解决Mo、Ag的层状复合问题，即利用与Mo和Ag均能固溶的金属Pt作为中间层来将Mo、Ag层状复合在一起，于是制备Mo/Ag层状复合材料变成了制备Mo/Pt/Ag层状复合材料。研究结果表明，尽管理论上Mo和Pt能够相互固溶，但实际上由于Mo表面惰性太大，实际上Mo与Pt结合起来还是非常困难。这导致最终制备出的Mo/Pt/Ag层状复合材料结合强度仍然不能满足要求。
技术实现思路
针对现有技术，本专利技术提出的一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法，其中，所采用的阳极氧化的方法在Mo箔表面制备出纳米多孔层，提高Mo的表面活性，解决Mo与Pt金属的结合问题，最终制备出满足强度要求(国军标GJB2602-1996)的钼/铂/银层状复合材料。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法，包括以下步骤：步骤一、配制电解液：将适量的氟化铵溶于超纯水中，用玻璃棒搅拌至氟化铵完全溶解，得到氟化铵溶液，其中，氟化铵与超纯水的质量浓度为5.475～14.8g/L；将适量的乙二醇加入上述氟化铵溶液中，其中，乙二醇与超纯水的体积比为9：1；磁力搅拌4h混合均匀，然后静置1h制得电解液，备用；步骤二、将盛放有步骤一制得的电解液的容器置于水浴槽中，温度为室温，以钼箔作为阳极，铂片作为阴极，并浸没在电解液中，打开电源开关，以5～35V的恒定电压条件下进行阳极氧化处理15～20min，阳极氧化处理结束后，取出钼箔置于装有无水乙醇的容器中进行浸泡清洗去除表面电解液残留，然后，悬挂6～10h自然晾干，将干燥后的钼箔放在陶瓷基片上置于管式炉内，通入氢气气氛，以5～8℃/min的升温速率升温到650℃，保温3～5小时，然后随炉冷却至室温，所述钼箔表面具有纳米多孔结构；步骤三、配制镀铂液：按照质量体积浓度为250～400g/L将磷酸氢二钠溶于超纯水中得到磷酸氢二钠溶液，按照质量体积浓度为150～300g/L将磷酸氢二铵溶于超纯水中得到磷酸氢二铵溶液，制备质量体积浓度为8～10g/L的氯铂酸溶液，将上述适量的磷酸氢二钠溶液、磷酸氢二铵溶液和氯铂酸溶液混合后加入十二烷基磺酸钠得到混合溶液A，该混合溶液A中，氯铂酸的质量体积比为0.8～1g/L，磷酸氢二铵的质量体积比为30～60g/L，磷酸氢二钠的质量体积比为100～160g/L，十二烷基磺酸钠的质量体积比为0.01～0.02g/L；静置4小时，制得镀铂液，该镀铂液的pH为7.0～7.5；步骤四、电镀铂：以步骤三得到的镀铂液为电镀液，以步骤二得到的表面具有纳米多孔结构的钼箔作为阳极，以铂片为阳极，使电极浸没到电镀液中进行电镀，电流密度为2.0～3.0A/dm2，温度为80～85℃，电镀时间为1～2h，得到表面镀有铂的钼箔，记为Mo/Pt电镀试样；步骤五Mo/Pt电镀试样后处理：将步骤四得到的Mo/Pt电镀试样用去离子水清洗，然后用超纯水冲洗，去除表面残留电镀液，悬挂6～10h自然晾干，放入真空干燥箱中干燥，然后进行压延，压力为20～25MPa，压延时间为60min；之后，将Mo/Pt电镀试样放在陶瓷基片上置于管式炉内，通入氢气，以5～8℃/min的升温速率升温到1050℃，保温8h，随炉冷却至室温，得到Mo/Pt层状试样；步骤六、配制镀银液：按照质量体积浓度为200～250g/L将硫代硫酸钠完全溶于超纯水中得到硫代硫酸钠溶，按照适量浓度为200～225g/L将硝酸银溶于超纯水中得到硝酸银溶液，按照质量体积浓度为200～225g/L将焦亚硫酸钾溶于超纯水中得到焦亚硫酸钾溶液；然后将焦亚硫酸钾溶液倒入硝酸银溶液中得到乳浊液，再将该乳浊液倒入硫代硫酸钠溶液中得到混合溶液B，该混合溶液中，硝酸银的质量体积比为40～45g/L，硫代硫酸钠的质量体积比为200～250g/L，焦亚硫酸钾的质量体积比为40～45g/L；静置2h，向混合溶液B中按照质量体积浓度为0.6～1.0g/L加入氨基硫脲，搅拌至完全溶解，得到镀银液，该镀银液的Ph为6.5～8.0；步骤七、银金属层复合：利用步骤六制得的镀银液在步骤五制得的Mo/Pt层状试样表面复合上银金属层，复合银金属层的过程分为三次，每次均包括双脉冲电镀银、真空除气、20MPa压延处理和930℃退火处理；三次电镀银的电镀时间依次为5min、10min和15min；上述银金属层复合结束后所得即为钼/铂/银层状复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：在本专利技术技术方案的研究过程中，前期采用脱合金的方法在Mo表面制备出纳米多孔结构来提高Mo表面活性，之后再与Pt复合，从而得到Mo/Pt/Ag层状复合材料；结果表明该Mo/Pt/Ag层状复合材料结合强度得到了很大的提高。研究发现，但若需要采用强酸(如硝酸)进行脱合金，Mo箔容易出现自身质量和强度损失过大。而本专利技术制备方法中不使用强酸，而采用阳极氧化，能够在很多金属(比如Ti、W等)表面制备出较薄的纳米多孔层，同时也不会导致基体金属强度发生损失，因此本专利技术所采用的阳极氧化的方法在Mo箔表面制备出纳米多孔层，提高Mo的表面活性，解决Mo与Pt金属的结合问题，最终制备出满足强度要求(国军标GJB2602-1996)的钼/铂/银层状复合材料。附图说明图1为实施例中Mo金属箔表面阳极氧化获得的纳米孔扫描电子显微镜照片；图2为实施例中Mo金属箔表面纳米化后氢气气氛保护热处理还原后获得的纳米孔扫描电子显微镜照片；图3为实施例中具有表面纳米多孔结构的Mo金属箔活性测试曲线；图4为实施例中对Mo/Pt电镀试样退火处理的温度变化曲线；图5为实施例中Mo/Pt层状退火试样的扫描电子显微镜照片；图6为实施例中Mo/Pt层状退火试样的EDS成分分析谱图；图7为实施例中对Mo/Pt/Ag电镀试样退火处理的温度变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：步骤一、配制电解液：将适量的氟化铵溶于超纯水中，用玻璃棒搅拌至氟化铵完全溶解，得到氟化铵溶液，其中，氟化铵与超纯水的质量浓度为5.475～14.8g/L；将适量的乙二醇加入上述氟化铵溶液中，其中，乙二醇与超纯水的体积比为9：1；磁力搅拌4h混合均匀，然后静置1h制得电解液，备用；步骤二、将盛放有步骤一制得的电解液的容器置于水浴槽中，温度为室温，以钼箔作为阳极，铂片作为阴极，并浸没在电解液中，打开电源开关，以5～35V的恒定电压条件下进行阳极氧化处理15～20min，阳极氧化处理结束后，取出钼箔置于装有无水乙醇的容器中进行浸泡清洗去除表面电解液残留，然后，悬挂6～10h自然晾干，将干燥后的钼箔放在陶瓷基片上置于管式炉内，通入氢气气氛，以5～8℃/min的升温速率升温到650℃，保温3～5小时，然后随炉冷却至室温，所述钼箔表面具有纳米多孔结构；步骤三、配制镀铂液：按照质量体积浓度为250～400g/L将磷酸氢二钠溶于超纯水中得到磷酸氢二钠溶液，按照质量体积浓度为150～300g/L将磷酸氢二铵溶于超纯水中得到磷酸氢二铵溶液，制备质量体积浓度为8～10g/L的氯铂酸溶液，将上述适量的磷酸氢二钠溶液、磷酸氢二铵溶液和氯铂酸溶液混合后加入十二烷基磺酸钠得到混合溶液A，该混合溶液A中，氯铂酸的质量体积比为0.8～1g/L，磷酸氢二铵的质量体积比为30～60g/L，磷酸氢二钠的质量体积比为100～160g/L，十二烷基磺酸钠的质量体积比为0.01～0.02g/L；静置4小时，制得镀铂液，该镀铂液的pH为7.0～7.5；步骤四、电镀铂：以步骤三得到的镀铂液为电镀液，以步骤二得到的表面具有纳米多孔结构的钼箔作为阳极，以铂片为阳极，使电极浸没到电镀液中进行电镀，电流密度为2.0～3.0A/dm2，电流大小为200mA，温度为80～85℃，电镀时间为1～2h，得到表面镀有铂的钼箔，记为Mo/Pt电镀试样；步骤五Mo/Pt电镀试样后处理：将步骤四得到的Mo/Pt电镀试样用去离子水清洗，然后用超纯水冲洗，去除表面残留电镀液，悬挂6～10h自然晾干，放入真空干燥箱中干燥，然后进行压延，压力为20～25MPa，压延时间为60min；之后，将Mo/Pt电镀试样放在陶瓷基片上置于管式炉内，通入氢气，以5～8℃/min的升温速率升温到1050℃，保温8h，随炉冷却至室温，得到Mo/Pt层状试样；步骤六、配制镀银液：按照质量体积浓度为200～250g/L将硫代硫酸钠完全溶于超纯水中得到硫代硫酸钠溶，按照适量浓度为200～225g/L将硝酸银溶于超纯水中得到硝酸银溶液，按照质量体积浓度为200～225g/L将焦亚硫酸钾溶于超纯水中得到焦亚硫酸钾溶液；然后将焦亚硫酸钾溶液倒入硝酸银溶液中得到乳浊液，再将该乳浊液倒入硫代硫酸钠溶液中得到混合溶液B，该混合溶液中，硝酸银的质量体积比为40～45g/L，硫代硫酸钠的质量体积比为200～250g/L，焦亚硫酸钾的质量体积比为40～45g/L；静置2h，向混合溶液B中按照质量体积浓度为0.6～1.0g/L加入氨基硫脲，搅拌至完全溶解，得到镀银液，该镀银液的Ph为6.5～8.0；步骤七、银金属层复合：利用步骤六制得的镀银液在步骤五制得的Mo/Pt层状试样表面复合上银金属层，复合银金属层的过程分为三次，每次均包括双脉冲电镀银、真空除气、20～25MPa的压延处理和930℃退火处理；三次电镀银的电镀时间依次为5min、10min和15min；上述银金属层复合结束后所得即为钼/铂/银层状复合材料。...
【技术特征摘要】
1.一种基于表面阳极氧化纳米多孔钼的钼/铂/银层状复合材料制备方法，其特征在于，该方法按照以下步骤进行：步骤一、配制电解液：将适量的氟化铵溶于超纯水中，用玻璃棒搅拌至氟化铵完全溶解，得到氟化铵溶液，其中，氟化铵与超纯水的质量浓度为5.475～14.8g/L；将适量的乙二醇加入上述氟化铵溶液中，其中，乙二醇与超纯水的体积比为9：1；磁力搅拌4h混合均匀，然后静置1h制得电解液，备用；步骤二、将盛放有步骤一制得的电解液的容器置于水浴槽中，温度为室温，以钼箔作为阳极，铂片作为阴极，并浸没在电解液中，打开电源开关，以5～35V的恒定电压条件下进行阳极氧化处理15～20min，阳极氧化处理结束后，取出钼箔置于装有无水乙醇的容器中进行浸泡清洗去除表面电解液残留，然后，悬挂6～10h自然晾干，将干燥后的钼箔放在陶瓷基片上置于管式炉内，通入氢气气氛，以5～8℃/min的升温速率升温到650℃，保温3～5小时，然后随炉冷却至室温，所述钼箔表面具有纳米多孔结构；步骤三、配制镀铂液：按照质量体积浓度为250～400g/L将磷酸氢二钠溶于超纯水中得到磷酸氢二钠溶液，按照质量体积浓度为150～300g/L将磷酸氢二铵溶于超纯水中得到磷酸氢二铵溶液，制备质量体积浓度为8～10g/L的氯铂酸溶液，将上述适量的磷酸氢二钠溶液、磷酸氢二铵溶液和氯铂酸溶液混合后加入十二烷基磺酸钠得到混合溶液A，该混合溶液A中，氯铂酸的质量体积比为0.8～1g/L，磷酸氢二铵的质量体积比为30～60g/L，磷酸氢二钠的质量体积比为100～160g/L，十二烷基磺酸钠的质量体积比为0.01～0.02g/L；静置4小时，制得镀铂液，该镀铂液的pH为7.0～7.5；步骤四、电镀铂：以步骤三得到的镀铂液为电镀液，以步骤二得到的表面具有纳米多孔结构的钼箔作为阳极，以铂片为阳极，使电极浸没到电镀液中进行电镀，电流密度为2.0～3.0A/dm2，电流大小为200mA，温度为80～85℃，电镀时间为1～2h，得到表面镀有铂的钼箔，记为Mo/Pt电镀试样；步骤五Mo/Pt电镀试样后处理：将步骤四得到的Mo/Pt电镀试样用去离子水清洗，然后用超纯水冲洗，去除表面残留电镀液，悬挂6～10h自然晾干，放入真空干燥箱中干燥，然后进行压延，压力为20～25MPa，压延时间为60...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄远，陈星昱，王祖敏，刘永长，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。