一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法，先对轻金属（Al、Mg、Ti）试样表面进行清洗前处理，再采用微弧氧化技术制备一层陶瓷层，在陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积氮化钛涂层，形成轻金属基体及陶瓷层和氮化钛涂层的复合陶瓷层，通过微弧氧化与磁控溅射技术相结合的方法，使复合陶瓷层具有导电功能，且导电率大、耐磨性和耐蚀性好、膜基结合力强。能够满足现有轻金属作为电路接线盒既要具有耐磨性、耐蚀性，又要具有导电性的要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轻金属表面改性
，特别是。
技术介绍
微弧氧化技术是近年来兴起的一种表面处理技术，它突破了传统阳极氧化技术工作电压的限制，将工作区域引入到高压放电区，利用微弧区瞬间高温烧结作用直接在轻金属或其合金表面原位生成陶瓷层。该技术有效地提高了基体的耐蚀、耐磨、耐高温等性能，但存在表面绝缘等缺陷，致使一些轻金属材料的接线盒，既要耐磨性又要导电性而受到限制。公开号CN102220027A “一种石墨烯/导电聚合物复合材料及其制备方法”采用能导电的石墨烯为导电材料制备导电复合涂层，但其强度低，容易损耗，易脱落。公开号CN102222565A “碳基复合电极材料及其制备方法和在超级电容器中的应用”采用碳钢基体为导电材料制备复合涂层，但其腐蚀性能低，且电能消耗大。氮化钛是一种新型的多功能金属陶瓷材料，它的熔点高、硬度大、摩擦系数小，是热和电的良导体。文献研究表明采用磁控溅射镀氮化钛的颗粒直径在100-175nm之间，而化学镀氮化钛的颗粒直径在80-200nm之间，复合陶瓷层表面颗粒相对较离散及导电性低。如果在轻金属(Al、Mg、Ti)表面直接磁控溅射镀氮化钛，由于氮化钛太硬而基材太软，则导电涂层容易脱落。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前`一些轻金属产品表面既要具有耐磨性、耐蚀性，又要具有导电性的要求，而提供了。本专利技术采用微弧氧化技术在轻金属表面制备一层陶瓷层，在陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积氮化钛涂层，形成轻金属基体及陶瓷层和氮化钛涂层的复合陶瓷层，并使其具有导电功能，且导电率大、耐磨性和耐蚀性好、膜基结合力强、涂层不易脱落。实现本专利技术目的的技术方案是: 一种具有导电性能的复合陶瓷层结构，是在轻金属(AL、Mg、Ti)基材表面设置有微弧氧化陶瓷层，在微弧氧化陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积有氮化钛涂层。，包括如下步骤: (1)将基材经冷加工处理，在其上切取试样； (2)对切取的试样表面进行前处理:砂纸打磨一自来水清洗一丙酮清洗一去离子水清洗一吹干； (3)放置到微弧氧化装置中进行微弧氧化处理，制备一层陶瓷层； (4)将微弧氧化后的试样进行超声波清洗； (5)在磁控溅射装置中沉积氮化钛涂层，实现复合陶瓷层具有导电性能；(6)清洗并干燥，获得具有导电性能的复合陶瓷层。步骤(3)所述的微弧氧化放置为恒定电流供电，使用的电源是MA0-6 型，电解槽为直径为200mm，深度为300mm塑料桶，溶液最大体积为5L，采用I块不锈钢板做阴极，试件为阳极。采用恒流的方法处理15 100min，膜的厚度为3(Γ 00μπι。电解液溶度及电参数范围为:偏铝酸钠l(T20g/L，氢氧化钠0.5 4g/L，六偏磷酸钠5 18g/L，电流密度为8 25A/dm2，频率20(Γ700ΗΖ，正负脉冲数了 5: 2，占空比为5 40%。 步骤(5)所述的磁控溅射镀的工艺参数为:真空度为10_5 10_4Pa，通入氩气至I 35 Pa，用-500 -1500V的偏压清洗陶瓷层10 50 min ;沉积温度:室温 400°C，沉积气压为0.5 10Pa，沉积偏压为-100 -300V，沉积时间为20 90min。本专利技术的有益效果:采用微弧氧化技术在轻金属表面制备一层陶瓷层，在陶瓷层上采用磁控溅射技术沉积氮化钛涂层，实现了微弧氧化陶瓷层的导电性能；解决了一些轻金属产品表面既要具有耐磨性、耐蚀性，又要具有导电性的要求；且制备的复合陶瓷层具有导电率大、耐磨性和耐蚀性好、膜基结合力强、复合涂层不易脱落的特点。附图说明图1为一种具有导电性能的复合陶瓷层的结构示意 图中，1.轻金属基材2.微弧氧化陶瓷层3.氮化物涂层； 图2为实施例1具有导电性能的复合陶瓷层的表面形貌图。具体实施例方式下面通过实施例对本
技术实现思路
作进一步的阐述，但不是对本专利技术的限定。参照图1，一种具有导电性能的复合陶瓷层结构，是在轻金属(AL、Mg、Ti)基材I表面设置有微弧氧化陶瓷层2，在微弧氧化陶瓷层2上设置有磁控溅射沉积氮化物涂层3。实施例1 将原材料为7075型铝合金的板材经冷加工处理，用线切割切取尺寸为30mmX20mmX3mm的试件,依次用400#,600#,800#水砂纸进行打磨，在经清水、丙酮、去离子水清洗20min，取出吹干。将试件放入65kw的微弧氧化装置中，溶液配方为:偏铝酸钠10g/L，氢氧化钠2g/L，六偏磷酸钠15g/L，具体电参数为电流密度12A/dm2，频率500HZ，正负脉冲数为5:2，占空比为16%，采用恒流氧化60min，氧化完毕后采用去离子水清洗、吹干。将微弧氧化得到的试样用超声波清洗干净并烘干，放入TSU-650磁控溅射设备中沉积氮化钛涂层，设备真空度抽至10_4Pa，通入氩气至6Pa，用-700V的偏压清洗试样20min ;清洗后，沉积温度升至300°C，沉积气压0.8 Pa，偏压-200 V，工作时间为60 min，靶材弧电流70 A，氩氮气体比例1:8，结束之后随炉冷却，试样表面即可获得表面致密的氮化钛涂层。完成溅射镀后，将试件取出，清洗并干燥，便获得具有导电性能的复合陶瓷层，厚度为55 μ m。用透射电子显微镜观察其致密层形貌均匀，空隙明显减少；用电阻应变仪测量弹性模量为178GPa，远高于单独经微弧氧化处理的试件；经检测制得的复合陶瓷层导电率为70%。实施例2 试件材料为AZ80镁合金，尺寸为20mmX20mmX2mm。制备工艺与实施例1相同。制得复合陶瓷层厚度为80 μ m，导电率为85%。实施例3 试样材料为TC4钛合金,尺寸为为20mmX 20mmX 2mm。制备工艺与实施例1相同。制得复合陶瓷层厚度为92 μ m，导电率为92%。权利要求1.，其特征是:包括以下步骤: (1)将基材经冷加工处理，在其上切取试样； (2)对切取的试样表面进行前处理:砂纸打磨一自来水清洗一丙酮清洗一去离子水清洗一吹干； (3)放置到微弧氧化装置中进行微弧氧化处理，制备一层陶瓷层； (4)将微弧氧化后的试样进行超声波清洗； (5)在磁控溅射装置中沉积氮化钛涂层，实现复合陶瓷层具有导电性能； (6)清洗并干燥，获得具有导电性能的复合陶瓷层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(3)所述的微弧氧化装置为恒定电流供电，采用恒流的方法处理15 lOOmin，膜的厚度为30 100 μ m ;电解液溶度及电参数范围为:偏铝酸钠10 20g/L，氢氧化钠0.5 4g/L，六偏磷酸钠5 18g/L，电流密度为8 25A/dm2，频率200 700HZ，正负脉冲数了 5: 2，占空比为5 40%。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:步骤(5)所述的磁控溅射镀的工艺参数为:真空度为IO-5 10_4Pa，通入氩气至I 35 Pa，用-500 -1500V的偏压清洗陶瓷层10 50 min;沉积温度 :室温 400°C，沉积气压为0.5 10Pa，沉积偏压为-100 -300V，沉积时间为20 90min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是:所述基材为AL、Mg、Ti轻金属材料中任意一种。全文摘要本专利技术公开了，先对轻金属(Al、Mg、Ti)试样表面进行清洗前处理，再采用微弧氧化技术制备一层陶瓷层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有导电性能的复合陶瓷层的制备方法，其特征是：包括以下步骤：（1）将基材经冷加工处理，在其上切取试样；（2）对切取的试样表面进行前处理：砂纸打磨→自来水清洗→丙酮清洗→去离子水清洗→吹干；（3）放置到微弧氧化装置中进行微弧氧化处理，制备一层陶瓷层；（4）将微弧氧化后的试样进行超声波清洗；（5）在磁控溅射装置中沉积氮化钛涂层，实现复合陶瓷层具有导电性能；（6）清洗并干燥，获得具有导电性能的复合陶瓷层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晋勇，石小超，蒋占四，张应红，高鹏，唐亮，高成，周逸群，刘栋，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：