一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法技术

技术编号:24325761 阅读:85 留言:0更新日期:2020-05-29 18:02
本发明专利技术涉及镀覆材料技术领域,具体是涉及一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,通过铜套表面处理、制备三价铬镀液、预热并加入改性碳纳米管、正式电镀黑铬、出槽清洗、除氢处理等步骤制得具有高热辐射系数的电镀黑铬。本发明专利技术在阴极旋转电镀工艺和脉冲电流电镀工艺的辅助下,在X射线管铜套转子表面吸定向有序的吸附了一层改性碳纳米管,得益于碳纳米管极好的导热性能和耐热性,使得复合电镀黑铬相较于传统的电镀黑铬,不仅具有极好的高热辐射系数,而且镀层结合牢固,缺陷少,满足了X射线管管内所需耐高温及真空工作状态的使用要求。

A preparation method of black chromium plating with high thermal radiation coefficient

【技术实现步骤摘要】
一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法
本专利技术涉及镀覆材料
,具体是涉及一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法。
技术介绍
旋转阳极X射线管是一个高真空电真空器件,其工作原理是在X射线管正负极二端加上高电压(一般为125~150kV),阴极发射的电子束在高真空高压电场作用下,向阳极靶面进行电子轰击(靶面材料一般为钨)产生X射线,但X射线只占电子能量1%左右,而99%则转换成热量。由于X射线管是一个真空器件,其管内热传导相当不理想。为使旋转阳极X射线管工作时产生的大量热量及时传导到真空管外绝缘介质油层中去,故采用在阳极转子表面镀黑铬工艺。常见黑铬镀层使用条件一般为常温,仅起到表面装饰及遮光等作用,不适用旋转阳极X射线管阳极转子镀黑铬层所需耐高温及真空工作状态的使用要求。由于阳极转子表面工作温度可达600~700"C,故对黑铬镀层提出相对一般用途更高技术要求,即镀层必须耐高温(约600~700"C);在高真空条件下,镀层必须与阳极转子基体结合力牢固不脱落;镀层必须具有高热辐射系数。因此,亟需制备一种具有高热辐射系数的电镀黑铬以满足实际的生产需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中医疗X射线球管电镀黑铬镀层热辐射系数低的问题,提供一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,该方法制备的电镀黑铬是具有硬度大、致密度高、热辐射系数高、裂纹缺陷少等特点,具体的技术方案如下:一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,具体包括以下步骤:S1:基体表面处理:在进行电镀前,首先对基体表面进行抛光处理,接着用洗涤剂和去离子水对基体表面进行清洗,最后消除基体表面残余应力。S2:制备三价铬镀液:所述镀液的组分为:100-110g/L的CrCl3·H2O,50-60g/L的NH4Cl,55-65g/L的NaCl,60-70g/L的HCOONa,10-20g/L的CON2H4,10-20g/L的NH4Br,溶剂为去离子水。与配方中只含有硫酸和铬酸标准镀铬液相比,添加一定量的甲醇和甲酸到以尿素为络合物的三价铬溶液中,铬层的沉积速度大幅提升达到20-100μm/h,同时镀层厚度可达到200μm,上述数据表明尿素为络合物的三价铬溶液工艺会逐渐取代配准镀铬液工艺。S3:预热并加入改性碳纳米管:对具备旋转阴极结构的电镀装置进行预热,并采用底部冲液的方式更新阴极周围的溶液,并按2-5g/L的比例加入改性碳纳米管,实现改性碳纳米管在基体表面的自组装。阴极旋转即阴极相对于阳极有一定的旋转速度,对电镀液起到一定的搅拌作用,促使溶液的对流和离子的扩散,从而降低浓差极化的影响,也可以尽量减少反应热对阴极区域溶液的影响。一般来说,采用阴极旋转电镀工艺可加速传质过程,通过降低浓差极化来减少极化作用的影响,从而使得电流效率有所提升。但在电镀铬工艺中阴极旋转的作用有所区别,在驱氢的同时增加了阴极极化作用。驱氢作用一方面是因为在阴极旋转过程中,扩散层内部的溶液流速大于其他部分溶液流速,其中越靠近阴极其流速越大。这就使得阴极表面生成的氢气泡很难长时间吸附在上面,避免麻点的产生。另一方面,搅拌使得流速变大,减小了氢离子吸附在阴极表面得到电子的可能性。增加阴极极化作用是因为铬的沉积是由铬酸根CrO42-离子完成的,而并非是由重铬酸离子Cr2O72-完成的。阴极的旋转,溶液对流速度的增加,只是使得阴极表面重铬酸离子的浓度得到了提升,而铬酸根离子的浓度没有较大变化。铬酸根CrO42-离子生成是需要PH有一定的上升的。由驱氢作用可知,阴极区域氢离子较难得到电子,从而使PH值上升速度变缓,铬酸根CrO42-离子的生成速度变慢,CrO42-离子浓度下降。而铬的不断沉积,不断消耗了CrO42-离子,使其浓度进一步降低。阴极区域内的CrO42-离子浓度与主体溶液中的CrO42-离子浓度差距进一步变大,使得浓差极化增大,阴极极化作用增加。在电沉积过程中,晶核的形成源于阴极过电位。阴极极化作用越大,阴极过电位越大。同时晶核的形核速度随过电位的增大而加快。因此阴极旋转具有细化晶粒的作用。S4:正式电镀黑铬:S41:正镀前期,在较短时间内用反向小电流,去除基体表面的氧化膜,使机体表面形成细微凹凸,增加镀层的结合力。S42:正镀中期,用大小为电镀电流2倍的正向大电流持续冲击基体表面2min,增加极化作用,使电镀时有更多晶核形成,达到细化晶粒的作用作用。S43:正镀后期:将基体与电镀脉冲电源的旋转阴极相连并带电放入电解槽中,在以下工艺参数下进行电镀:镀液温度为45℃,冲液速度为4L/min,阴极转速为300r/min,电流密度为50A/dm2,电流脉冲频率为5.5KHz,电流占空比为75%。脉冲电流与直流电流相比,除了电压、电流两个参数外还多了两个可调的参数:脉冲频率和占空比。在脉冲电流一个周期内可以分为脉冲导通阶段以及脉冲关断阶段。在脉冲导通时间内,由于占空比的存在,阴极表面的峰值电流密度远远超过平均电流密度。较高的峰值电流密度可以产生高过电位,使得在单位时间内可以沉积更多的铬,从而使铬的形核速度超过其生长速度,最终得到的镀层晶粒细小。同时高过电位可以降低镀铬过程中析氢反应所占的比例,降低了氢气的析出量,有效避免了针孔、麻点等不良状况的出现。在脉冲关断时间内,溶液中的CrO42-迅速向阴极加工区移动,使得扩散层中CrO42-离子的浓度可以有所回升,从而可以大幅消除浓差极化的影响。同时在关断时间内,因电流密度为0,可以充分保证在阴极表面不发生铬的沉积,从而有利于铬层的重结晶,吸附于表面的氢气泡也有充分的时间得以吸脱附。脉冲频率则使这一过程得以周期性的进行,使之存在于整个电镀过程中。此外,脉冲电流对镀层均匀性有所影响。这种影响可以用双电层电容效应来解释。在电极表面因其带有电荷会有大量离子吸附在其上。又因为电中性的要求,则势必在电极附近区域存在电势相反的离子。这些离子与电极表现出相反的极性,因而两者组成双电层,可类似看成电容器。在用脉冲电流进行电镀时,在脉冲导通阶段会先进行双电层的充电,而后在脉冲关断阶段双电层进行放电。这种充放电过程会对铬沉积产生影响,尤其是在放电阶段。在双电层放电阶段,放电区域就发生在电极附近,因此沉积过程不需要经过溶液内部,电导率和溶液电阻的影响可以忽略,使得该过程中阴极表面的电流是均匀分布的。这就使得该放电过程中在阴极表面沉积的铬层均匀分布。S5:出槽清洗:从电解槽中取出基体,首先用自来水冲洗30s以上,然后用去离子水冲洗30s以上,最后用压缩空气吹干;S6:除氢处理:将集体置入真空炉中,在300℃下热处理7h。进一步地,在步骤S1中,使用80-100目的石英砂对基体表面进行抛光处理,使基体表面的粗糙度达到Ra=0.4,在此粗糙度下,能够为铬原子的沉积,改性纳米碳纤维的吸附提供更多的活性位点,增强基体与黑铬层的结合强度。进一步地,在步骤S1中,洗涤剂的组分为:100g/L的氢氧化钠,25g/L的十水碳酸钠,8g/L的硅酸钠,溶剂为去离子水。碱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:/nS1:基体表面处理:在进行电镀前,首先对基体表面进行抛光处理,接着用洗涤剂和去离子水对基体表面进行清洗,最后消除基体表面残余应力;/nS2:制备三价铬镀液:所述镀液的组分为:100-110g/L的CrCl

【技术特征摘要】
1.一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1:基体表面处理:在进行电镀前,首先对基体表面进行抛光处理,接着用洗涤剂和去离子水对基体表面进行清洗,最后消除基体表面残余应力;
S2:制备三价铬镀液:所述镀液的组分为:100-110g/L的CrCl3·H2O,50-60g/L的NH4Cl,55-65g/L的NaCl,60-70g/L的HCOONa,10-20g/L的CON2H4,10-20g/L的NH4Br,溶剂为去离子水;
S3:预热并加入改性碳纳米管:对具备旋转阴极结构的电镀装置进行预热,并采用底部冲液的方式更新阴极周围的溶液,并按2-5g/L的比例加入改性碳纳米管,实现改性碳纳米管在基体表面的自组装;
S4:正式电镀黑铬:
S41:正镀前期,在较短时间内用反向小电流,去除基体表面的氧化膜;
S42:正镀中期,用大小为电镀电流2倍的正向大电流持续冲击基体表面2min,增加极化作用;
S43:正镀后期:将基体与电镀脉冲电源的旋转阴极相连并带电放入电解槽中,在以下工艺参数下进行电镀:镀液温度为45℃,冲液速度为4L/min,阴极转速为300r/min,电流密度为50A/dm2,电流脉冲频率为5.5KHz,电流占空比为75%;
S5:出槽清洗:从电解槽中取出基体,首先用自来水冲洗30s以上,然后用去离子水冲洗30s以上,最后用压缩空气吹干;
S6:除氢处理:将基体置入真空炉中,在300℃下热处理7h。


2.如权利要求1所述的一种具有高热辐射系数的电镀黑铬的制备方法,其特征在于,步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员:侯蕊杨平陈梅王小明杨维娟
申请(专利权)人:陕西斯瑞新材料股份有限公司
类型:发明
国别省市:陕西;61

网友询问留言 已有0条评论
  • 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。

1