一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品技术

本发明专利技术提供了一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品。所述在铜及其合金表面制备涂层的方法包括：以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以铜及其合金为阳极，控制所述复合电解液温度为20‑40℃，在所述阴极和所述阳极两电极间施加600V以上的脉冲电压，在所述铜及其合金表面进行脉冲放电反应，以在所述铜及其合金表面形成具有微凸起结构的陶瓷涂层；其中，所述复合电解液中含醇类，放电环境下，使醇电离，形成气泡，再次促使高频强放电，且气泡的喷发，使涂层受力微膨胀，形成凸起结构。本发明专利技术制备的陶瓷涂层致密性高且具有微凸起结构，增加了涂层表面的形状复杂性以及涂层面积。将具有该陶瓷涂层的铜用于太阳能集热领域，具有强的太阳光吸收和光热转换。

【技术实现步骤摘要】
一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品
本专利技术涉及铜及其合金的表面处理
，具体而言，涉及一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品。
技术介绍
铜及其复合材料被广泛应用在机械、电气、轻工、建筑、国防、航空航天等领域，在国内有色金属材料的消费和应用仅次于铝，且其作为绿色金属材料，熔点低，易回收再利用，大大降低了应用成本。另外，铜及其复合材料是比较软的金属，延展性好、导热性(铜的导热系数约为381/W·(m·K)-1)和导电性极高，在电气电缆、电子元件、太阳能利用、LED等行业应用广泛。铜及其合金表面氧化涂层主要以铜氧化物为主，而氧化铜和氧化亚铜是一种p型半导体材料，带隙较窄(2.2eV)，且为黑色材料，具有较强的太阳光吸收能力，在太阳能集热、光催化等领域极具应用前景。作为太阳能吸收型涂层，其质量和光学特性决定着集热器的光热转换效率，需降低材料本身对环境的热辐射损失，提高太阳能吸收率，来充分利用太阳能。现有技术中一般采用CVD、PVD、喷涂、磁控溅射、真空镀膜等方法在铜及其合金表面制备涂层，但很难制备出大面积或具有复杂异形构件的涂层。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有CVD、PVD、喷涂、磁控溅射、真空镀膜等方法无法在铜及其合金表面制备出大面积或具有复杂异形构件的涂层。为解决上述问题，本专利技术提供一种在铜及其合金表面制备涂层的方法，包括：以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以铜及其合金为阳极，控制复合电解液温度为20-40℃，在所述阴极和所述阳极间施加600V以上的脉冲电压，在所述铜及其合金表面进行脉冲放电反应，以在铜及其合金表面形成具有微凸起结构的陶瓷涂层；其中，所述复合电解液中含醇类。较佳地，所述复合电解液的配置过程包括：向基础电解液中添加体积浓度为10-100ml/L的乙醇，所述基础电解液包括六偏磷酸钠和硼酸钠。较佳地，所述六偏磷酸钠的质量浓度为1-20g/L，所述硼酸钠的质量浓度为1-20g/L。较佳地，所述六偏磷酸钠与所述硼酸钠的质量浓度比为1:1-9:1。较佳地，所述复合电解液的配置过程还包括：向所述基础电解液中添加体积浓度为20-100ml/L的甘油。较佳地，所述脉冲电压为600V-1000V。较佳地，所述脉冲放电反应的时间为3-40min。较佳地，在进行脉冲放电反应之前还包括：将铜及其合金表面用砂纸抛光，并用无水乙醇超声清洗，再用蒸馏水清洗，并进行干燥处理。本专利技术提供的制备方法相比现有技术具有的有益效果如下：本专利技术采用含醇类的复合电解液，在一定温度和高脉冲电压下，在铜及其合金表面一步制备出黑色陶瓷涂层，且陶瓷涂层致密性高、具有微凸起结构，增加了涂层表面的形状复杂性以及涂层面积。将具有该陶瓷涂层的铜及其合金材料用于太阳能集热领域，具有较强的太阳光吸收能力和光热转换效率。本专利技术还提供一种铜制品，包括铜及其合金，还包括形成于所述铜及其合金表面的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层由如上所述的在铜及其合金表面制备涂层的方法制得。较佳地，所述陶瓷涂层的厚度为10-60μm。本专利技术制得的铜制品相比现有技术具有的有益效果与在铜及其合金表面制备涂层的方法相比现有技术具有的有益效果相同，在此不再赘述。附图说明图1为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的XRD图谱；图2为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的表面微观形貌照片；图3为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的截面微观形貌照片；图4为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的反射率；图5为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的接触角实物图和静态接触角示意图；图6为本专利技术实施例1中在纯铜表面制得涂层的极化曲线；图7为本专利技术对比例1中在纯铜表面制得涂层的表面微观形貌照片；图8为本专利技术对比例1中在纯铜表面制得涂层的截面微观形貌照片。具体实施方式铜基复合材料具有很高的导热、导电性能，且氧化铜和氧化亚铜为黑色材料，具有较强的太阳光吸收能力，在铜及其合金表面制备一种选择性吸收的黑色涂层，为铜及其复合材料在太阳能光热转换领域的应用提供了基础。微弧氧化又称为等离子体电解氧化，是一种在阀金属或其合金表面依靠弧光放电生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层的等离子体辅助电化学转化技术。微弧氧化的具体过程是：放电诱发离子迁移，并形成放电通道，在通道内的高温高压作用下，微区内形成的气体由通道逃逸出膜/液界面，通道内的反应产物或再熔融的涂层物质在压力作用下喷射并沉积于通道口附近，呈喷发的“火山囗”形态。火花熄灭后，熔融物质冷却凝固后形成致密的内层和疏松的外层。由于铜及其合金不是阀金属，在上述过程中不产生火花，因此不能像Al、Mg、Ti等阀金属一样，在一定电压和电流下，进行火花放电，进而形成贯穿于涂层的放电通道，导致击穿-通道-熔凝效应，实现涂层生长。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本专利技术为了解决无法利用微弧氧化技术在铜及其合金表面制备出黑色涂层的问题，提出一种铜及其合金表面涂层的制备方法，包括如下步骤：以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以铜及其合金为阳极，控制复合电解液温度为20-40℃，在阴阳两电极间施加600V以上的脉冲电压，在铜及其合金表面进行脉冲放电反应，以在铜及其合金表面形成陶瓷涂层，该陶瓷涂层具有微凸起结构。其中，复合电解液中含醇类，脉冲放电反应时间为3-40min。本专利技术实施例通过在复合电解液中添加乙醇等醇类，利用铜及其合金自身导电、导热的性质，并施加高脉冲电压，使得铜及其合金表面的电化学行为发生了改变，进而改变形成于铜及其合金表面的涂层的微观结构及组成，使得本实施例制得的陶瓷涂层的厚度、致密性及耐蚀性均得到了大幅提高。根据高速摄影拍摄涂层形成过程，本实施例中铜及其合金表面涂层的形成机制可能为：微弧放电诱导，涂层原位生长、溶解、再生长，即涂层生长过程中，在高脉冲电压和大电流(与复合电解液中醇类添加有关)作用下，涂层的生长速率大于溶解速率，从而在涂层的再生长过程中可以形成与铜及其合金基体形成较好地结合且较为致密的氧化膜，氧化膜一层一层地生长，直至形成一定厚度的氧化层，从而在铜及其合金表面一步生成陶瓷涂层。具体如下：复合电解液中醇类(本实施例优选为乙醇，当然也可以采用除乙醇外的其他醇类)的添加，一方面，使得复合电解液的pH得到了调节，无需在复合电解液中另外添加pH调节剂；另一方面，恒压模式下，复合电解液的电导率(尤其是在脉冲放电过程中的电导率)大幅提高，如此，对于放电击穿、溶解再生的涂层而言，在涂层制备过程中，可使离子快速运动、跃迁，有效提高涂层的生长速率，使得涂层的生长速率大于溶解速率，加速涂层生长，并提高涂层的厚度和致密性。加入乙醇后的复合电解液，当脉冲电压＜150V时，电流密度呈线性增加，且电流密度的增加速率大于基础电解液(不含乙醇)的电流密度的增加速率，如此，铜及其合金表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在铜及其合金表面制备涂层的方法，其特征在于，包括：/n以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以铜及其合金为阳极，控制复合电解液温度为20-40℃，在所述阴极和所述阳极间施加600V以上的脉冲电压，在所述铜及其合金表面进行脉冲放电反应，以在所述铜及其合金表面形成具有微凸起结构的陶瓷涂层；其中，所述复合电解液中含醇类。/n

【技术特征摘要】
1.一种在铜及其合金表面制备涂层的方法，其特征在于，包括：
以不锈钢板或不锈钢池为阴极，以铜及其合金为阳极，控制复合电解液温度为20-40℃，在所述阴极和所述阳极间施加600V以上的脉冲电压，在所述铜及其合金表面进行脉冲放电反应，以在所述铜及其合金表面形成具有微凸起结构的陶瓷涂层；其中，所述复合电解液中含醇类。


2.根据权利要求1所述的在铜及其合金表面制备涂层的方法，其特征在于，所述复合电解液的配置过程包括：向基础电解液中添加体积浓度为10-100ml/L的乙醇，所述基础电解液包括六偏磷酸钠和硼酸钠。


3.根据权利要求2所述的在铜及其合金表面制备涂层的方法，其特征在于，所述六偏磷酸钠的质量浓度为1-20g/L，所述硼酸钠的质量浓度为1-20g/L。


4.根据权利要求3所述的在铜及其合金表面制备涂层的方法，其特征在于，所述六偏磷酸钠与所述硼酸钠的质量浓度比为1:1-9:1。


5.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚明，王树棋，邹永纯，贾德昌，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23