氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法技术

本申请提供一种氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，涉及涂层领域。该方法包括：将NaF、AlF3、MoO3、Al2O3和反应容器进行干燥，然后将NaF、AlF3置于反应容器中，再放入反应装置中在200

【技术实现步骤摘要】
氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法


[0001]本申请涉及涂层领域，尤其涉及一种氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法。

技术介绍

[0002]石墨电极被广泛应用于钢铁工业、交通运输业等需要导电性能好的工业领域。石墨在应用过程中存在严重的氧化磨损问题，表面涂层是解决这一问题的有效途径。涂层的表面性能、涂覆均匀度以及涂层制备资源耗用等关键指标受到涂层制备工艺方法的极大影响。因此选择合适的石墨基体上的涂层制备方法极其重要。
[0003]目前，针对涂层的制备方法主要有气相沉积法、喷涂法、熔覆法、熔盐电镀法。
[0004]（1）气相沉积法气相沉积法可以分为化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）。CVD原理是将气体单质通入到含有基体的反应炉中，通过气态单质与基地材料表面发生反应，生成的反应物沉积到基底材料表面上形成涂层。这项技术具有涂层致密、结合牢靠、可用于大规模生产等优点，但其也有设备投资大、沉积温度高(一般超过1000℃)、生产排废物易引起环境污染和易引起样片的组织结构变化等缺点。PVD相对于CVD而言，具有沉积温度低（室温~600℃）、适用于更多基底材料等优点，但也存在涂层与基底结合力不强等缺点。
[0005]（2）喷涂法20世纪初，该法最初被用于通过高速气流喷涂融化金属制备金属涂层，其原理是将涂层材料融化，喷涂在基底表面上，从而形成涂层。随着电弧、等离子弧、燃气火焰等技术的发展，该技术逐渐得到发展。通过这种方法所得涂层与基底之间是机械结合，这种结合方式容易出现脱落、开裂等情况，并且涂层表面孔隙率高，对提高材料表面的耐磨、耐蚀和抗氧化性能有限制作用。
[0006]（3）熔覆法熔覆法又分为激光熔覆和等离子熔覆。这类方法得到的涂层与基底是冶金结合，界面粘结质量相对于喷涂法有了很大提升,可以获得组织致密、性能优越的耐磨涂层。同时，熔覆法还具有对基底材料表面影响小、无污染等优点。但是，涂层内部热应力使得涂层开裂，进而出现涂层脱落现象。
[0007]（4）熔盐电镀法此法具有镀层质量高、速度快等优点，但由于反应条件对于水氧要求严格以及熔盐对设备的腐蚀，实施起来较为困难。目前此法多用于电镀铝，在碳化物涂层的应用上较少。
[0008]从上述其他涂层制备方法可以看出， PVD、CVD在生产过程中存在过程复杂、投资大、涂层与基底结合力不牢等问题；喷涂法所得涂层与基底的结合非冶金结合；熔覆法所得涂层因涂层内应力使得涂层易脱落；熔盐电镀也存着对设备要求高、涂层控制手段少等问
题。本技术主要利用的是熔盐化学镀方法制备碳化钼涂层，与前述这些方法相比，通过熔盐化学镀所得到的涂层具有结合力强、涂层外部与内部核心同时硬化、涂层均匀（即使在形状复杂的工件表面）、设备简单、无污染、不易开裂脱落等决定性优势。
[0009]目前，已有研究在硼化物、氯化物熔盐体系下，在金属基体、石墨基体上得到碳化钼涂层，如图1（a、b、c、d代表不同倍数）所示为在氯化物熔盐体系下采用熔盐化学镀方法在石墨基体上制备得到的碳化钼涂层。但采用氯化物熔盐进行化学镀时也存在很多关键问题。比如在高温时存在腐蚀问题，容易造成工件本身的损伤，并且很多碳化物元素的氯化物沸点较低，极易在实验过程中挥发，从而影响了氯盐活性。

技术实现思路

[0010]本申请的目的在于提供一种氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，以解决上述问题。
[0011]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：一种氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，包括：将NaF、AlF3、MoO3、Al2O3和反应容器进行干燥，然后将NaF、AlF3置于所述反应容器中，再放入反应装置中在200
‑
250℃条件下进行第一保温；将所述反应装置抽真空，然后通入惰性气体，升温至500
‑
550℃，再次抽真空、通入惰性气体，进行第二保温；升温至800
‑
1050℃，将MoO3、Al2O3加入到所述反应容器中，得到熔盐；将预处理后的石墨材料置于所述熔盐中，化学镀3
‑
6h完成后进行后处理得到具有碳化钼涂层的石墨材料。
[0012]优选地，所述干燥的温度为200
‑
250℃，时间不少于48h。
[0013]优选地，所述NaF、所述AlF3、所述MoO3、所述Al2O3的质量比为（63
‑
76）：（17
‑
22）：（7
‑
9）：（1
‑
3）。
[0014]优选地，所述反应容器为石墨坩埚。
[0015]优选地，所述惰性气体包括氩气。
[0016]优选地，所述预处理包括：对所述石墨材料的表面进行打磨，然后在丙酮中超声处理15
‑
30min、在水中超声处理15
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30min，最后在200
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250℃条件下干燥24h以上。
[0017]优选地，所述打磨使用2000目砂纸。
[0018]优选地，所述石墨材料包括石墨碳片。
[0019]优选地，所述化学镀完成之后分三段将所述石墨材料从所述熔盐中取出。
[0020]优选地，所述后处理包括：将所述化学镀之后的石墨材料依次在丙酮和水中各自独立的超声处理15
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30min。
[0021]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：本申请提供的氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，在氟化物熔盐体系下进行熔盐化学镀，氟化物熔盐具有良好的热稳定性、流动性、宽的液态工作范围、高的活性元素的溶解能力，相对传统氯化物/硼化物熔盐体系具有众多优势；所得涂层表面均匀，与基底石墨材料结合良好，没有脱落现象；碳化钼涂层的微观结构非常致
密，涂层平整度高，条状沟槽少或者没有，孔隙率小且孔隙尺寸小，并且不同位置上其结构基本没有明显变化，在氟化物熔盐体系下能够制备得到均匀涂覆的碳化钼涂层。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
[0023]图1为现有技术中在氯化物熔盐体系下采用熔盐化学镀方法在石墨基体上制备得到的碳化钼涂层的SEM照片；图2为本申请实施例使用的熔盐化学镀装置结构示意图和实物图；图3为不同化学镀处理温度下碳化钼涂层2000倍SEM照片；图4为原始石墨碳片和化学镀之后的石墨碳片的外观对比图；图5为化学镀之后的石墨碳片涂层的XRD图；图6为化学镀之后的石墨碳片的碳化钼涂层不同位置的5000倍SEM照片；图7为不同化学镀处理时间下碳化钼涂层500倍SEM照片；图8为对比例1和对比例2所得涂层的SEM照片。
[0024]附图标记：1
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钼棒；2
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氩气出气口；3
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，其特征在于，包括：将NaF、AlF3、MoO3、Al2O3和反应容器进行干燥，然后将NaF、AlF3置于所述反应容器中，再放入反应装置中在200
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250℃条件下进行第一保温；将所述反应装置抽真空，然后通入惰性气体，升温至500
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550℃，再次抽真空、通入惰性气体，进行第二保温；升温至800
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1050℃，将MoO3、Al2O3加入到所述反应容器中，得到熔盐；将预处理后的石墨材料置于所述熔盐中，化学镀3
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6h完成后进行后处理得到具有碳化钼涂层的石墨材料。2.根据权利要求1所述的氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，其特征在于，所述干燥的温度为200
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250℃，时间不少于48h。3.根据权利要求1所述的氟化物熔盐体系中在石墨材料上化学镀制备碳化钼涂层的方法，其特征在于，所述NaF、所述AlF3、所述MoO3、所述Al2O3的质量比为（63
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76）：（17
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22）：（7
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9）：（1
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3）。4.根据权利要求1所述的氟化物熔盐体系中在石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘威，杨树峰，王锦，李京社，肖赛君，戚泽鑫，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：