一種電鍍工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電鍍工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、低膨脹和自潤(rùn)滑等優(yōu)異的綜合性能，是一種應(yīng)用非常廣泛的復(fù)合材料增強(qiáng)體。與連續(xù)碳纖維相比，短碳纖維具有價(jià)格低廉、相應(yīng)的復(fù)合材料性能各向同性及制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，使短碳纖維復(fù)合材料的研究備受關(guān)注。短碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在航天航空、電子工業(yè)等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景，尤其是增強(qiáng)鋁基、銅基、鎂基、鎳基復(fù)合材料等。但碳纖維與許多金屬在高溫下發(fā)生有害的化學(xué)反應(yīng)和它們之間的潤(rùn)濕性差等，嚴(yán)重限制了短碳纖維/金屬?gòu)?fù)合材料中的應(yīng)用發(fā)展。
[0003]對(duì)碳纖維進(jìn)行表面涂層處理是改善其界面的有效途徑，國(guó)內(nèi)外已有很多的研究報(bào)道，但對(duì)短碳纖維來(lái)說(shuō)，一般的涂層工藝如氣相沉積、化學(xué)鍍等工藝成本高、繁瑣復(fù)雜。因此開(kāi)發(fā)一種工藝簡(jiǎn)單，且易于控制的短碳纖維表面涂層新方法顯得尤為重要。本論文工作以研究短碳纖維的表面處理新工藝為目標(biāo)，對(duì)短碳纖維的非金屬涂層的制備、金屬化新工藝等進(jìn)行了有益的開(kāi)發(fā)研究；將得到的涂層短碳纖維應(yīng)用到金屬基(鋁基、銅基等)復(fù)合材科中，探討了涂層對(duì)鋁與碳纖維界面的影響，研究了短碳纖維及混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、短碳纖維增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備和性能等。
[0004]在上述短碳纖維表面處理工藝研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了氧化鋁涂層短碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的界面特征的影響，并對(duì)比了無(wú)涂層、鍍鎳、鍍銅等處理過(guò)的短碳纖維鋁基復(fù)合材料:研究發(fā)現(xiàn):無(wú)涂層的短碳纖維/鋁復(fù)合材料界面有嚴(yán)重的界面反應(yīng)，碳纖維表面生成A14C3;鍍鎳、鍍銅等金屬涂層提高了鋁與碳纖維的潤(rùn)濕性，保護(hù)了短碳纖維，阻擋了鋁與短碳纖維問(wèn)的界面反應(yīng)，但鎳、銅等與鋁在界面或基體中分別生成有害的化合物。如3N1、CuA12等相，它們的生成導(dǎo)致了復(fù)合材料性能的下降；氧化鋁涂層復(fù)合材料中的界面干凈、結(jié)合良好，氧化鋁與纖維、與鋁均無(wú)反應(yīng)發(fā)生，很好的保護(hù)了短碳纖維，復(fù)合材料表現(xiàn)出較好的力學(xué)性能。
[0005]將界面結(jié)合較好的氧化鋁涂層短碳纖維應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料中，用真空壓力浸滲的方法制備了短碳纖維及混雜碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。對(duì)其性能的研究發(fā)現(xiàn)，短碳纖維、碳化硅的加入，提高了材料的硬度，硬度值隨增強(qiáng)物含量的增加而增加，其中碳化硅對(duì)硬度的影響要大于短碳纖維。隨著短碳纖維、碳化硅含量的增加，復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能有不同程度的下降。采用屏顯式端面磨損試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)研究了鋁基復(fù)合材料的干摩擦磨損性能。研究表明:短碳纖維的加入降低了鋁基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)，提高了耐磨性能:隨短碳纖維含量的增加，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)、磨損率而降低；混雜鋁基復(fù)合材料具有很好的耐磨性能，隨碳化硅含量的增加，混雜復(fù)合材料的摩擦系數(shù)增加，而磨損率降低:載荷和轉(zhuǎn)速增加后，將提高短碳纖維及混雜增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)、磨損率等。在100N、100r/min時(shí)，當(dāng)短碳纖維含量由1%增加到40%時(shí)，材料摩擦系數(shù)由0.6降低到0.27 ;當(dāng)碳化硅含量從0%增加到15%時(shí)，混雜復(fù)合材料摩擦系數(shù)由0.27增加到0.83。在摩擦過(guò)程中，鋁合金主要發(fā)生粘著磨損和氧化磨損，短碳纖維，鋁復(fù)合材料主要發(fā)生磨粒磨損，混雜復(fù)合材料主要是磨粒磨損和氧化磨損。
[0006]將LPE工藝得到的鍍銅短碳纖維直接冷壓燒結(jié)成型，獲得了短碳纖維分布均勻、無(wú)明顯缺陷的銅基復(fù)合材料。冷壓燒結(jié)的工藝參數(shù)為:壓制壓力400MPa，在氫氣氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)控制在7小時(shí)升溫至850，保溫3小時(shí)，4小時(shí)降至400后隨爐冷。
[0007]據(jù)估計(jì)，在復(fù)合材料中，材料成本占總成本的比例可達(dá)到63 %，而鋼鐵等的材料成本只有14%左右，因此差別很大。在復(fù)合材料的原材料中，成本主要是增強(qiáng)體的成本，例如連續(xù)碳化娃纖維的價(jià)格可達(dá)到約6700?9500元/公斤；碳化娃、氮化娃等晶須的價(jià)格稍低，但也達(dá)到約3350?5500元/公斤，而硼酸鋁、鈦酸鉀、氧化鋅、氧化鎂等晶須的價(jià)格只有約135?270元/公斤。因此為了滿足復(fù)合材料的綜合性能，材料的價(jià)格因素必須考慮。與長(zhǎng)纖維相比，雖然短纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料性能不如長(zhǎng)纖維，但短纖維在價(jià)格上有很大的優(yōu)勢(shì)，而且復(fù)合材料的制備工藝上也簡(jiǎn)單很多，
[0008]在航空航天、汽車等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。短纖維增強(qiáng)物在金屬基體中隨機(jī)分布，其性能是各向同性。也有短纖維定向分布的制備工藝，如熱壓燒結(jié)、擠壓成型、壓濾成型等，其復(fù)合材料的性能呈現(xiàn)各向異性。短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料可以用常規(guī)的粉末冶金、擠壓鑄造、液態(tài)金屬攪拌、真空壓力浸滲等方法制造，方法簡(jiǎn)便且成本低，可大批量生產(chǎn)。短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料由于具有優(yōu)良的耐磨耐熱性，較高的比強(qiáng)度、比模量等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展很快。日本和歐美的一些發(fā)達(dá)國(guó)家在80年代已將其在工業(yè)上成功應(yīng)用，如1983年日本豐田汽車公司首次報(bào)告了用氧化鋁短纖維增強(qiáng)鋁合金柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞，解決了活塞環(huán)和活塞環(huán)槽部位的磨損問(wèn)題。美國(guó)生產(chǎn)的體積含量為55%?60%的A12Si02短纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，也己成功應(yīng)用于燃料注入零件。
[0009]一般的短纖維都由連續(xù)纖維生產(chǎn)后的副產(chǎn)品中得到，如碳化硅短纖維、短碳纖維等，也有直接生產(chǎn)得到，如氧化鋁短纖維等。常用的幾種有碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維、碳纖維、氮化硼纖維等。
[0010]溶膠凝膠法是指以無(wú)機(jī)鹽或金屬醇鹽為前驅(qū)物，溶于溶劑中(水或有機(jī)溶劑)形成均勻的溶液，然后加入其它組分，在一定溫度下溶質(zhì)與溶劑產(chǎn)生水解或醇解反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物聚集成幾個(gè)納米左右的粒子并形成溶膠。再經(jīng)干燥和燒結(jié)等處理成所需材料。目前這類方法己廣泛應(yīng)用于制備無(wú)機(jī)材料，如玻璃、陶瓷、超導(dǎo)材料、納米材料及各種復(fù)合材料，涉及的產(chǎn)品形狀有粉末、纖維、整塊材料、薄膜或涂層等。
[0011]曾慶冰以鈦酸丁酯為原料，醋酸為鰲合劑，通過(guò)水解縮合制得"1502溶膠，并成功的在碳纖維上涂覆，分析結(jié)果表明:涂層后的碳纖維的抗氧化性合耐高溫性能均有提高，且其與熔融鋁的潤(rùn)濕