自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法及设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种数控自动循环电镀异质层状复合材料的制备方法和制备设备，所述数控自动循环电镀异质层状纳米材料的制备装置利用计算机精确控制机械装置的运动路径，实现自动循环运动过程，被电镀工件作为负极（阴极）被固定在运动机构的夹具上，与运动机构一起运动，可以在不同的电镀槽和清洗槽中循环往复运动，从而实现自动循环电镀异质层状复合材料的目的。而控制每次电镀的时间，可以获得单层厚度为纳米级的金属层。利用多个电镀槽，其中装入不同被电镀金属正极（阳极）和金属盐的电镀液，就能够实现异质金属层的电镀制备过程。通过控制电镀电源发生的电流密度、电镀液的浓度和温度、电镀时间等工艺参数可以制备出纳米厚度的电镀层。
【专利说明】自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法及设备
[0001]【技术领域】:本发明涉及一种复合材料的制备方法及设备，尤其涉及一种自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法及设备。
[0002]【背景技术】:复合材料，是以某些材料为基体，某些材料为增强体组合而成的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料是由两个或多个不同物理相组成的固体材料。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。
[0003]纳米材料是指三维中任意一维的尺度小于IOOnm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层状结构的材料。纳米材料有明显不同于体材料和单个分子的独特性质一小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应等，以及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要价值。纳米材料的制备是利用物理或化学方法进行。
[0004]电镀是将被电镀工件作为阴极，电镀材料作为阳极，放入含有电镀金属的电镀液中，金属在电解过程中利用电子流的作用下，使镀液中金属阳离子还原成金属单质而沉积在阴极镀件表面的过程。由于电镀是离子还原沉积的过程，通过控制电镀电流密度、电镀液的浓度、温度、电镀时间等工艺参数可以制备出纳米厚度的电镀层。
[0005]目前的微纳 米复合电镀或多元合金电镀一般限于在一种电镀液中电镀不同种类的金属，该方法无法获得异质层相间的纳米复合材料。
[0006]
【发明内容】
:针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法及设备。
[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备设备，包括编程计算机，PLC运动控制器，运动机架，电镀工件夹具，电镀电源，多个电镀液槽和多个清水槽。编程计算机通过数据线连接PLC运动控制器，PLC运动控制器通过数据线连接运动机架上的各个运动机构并控制其运动。电镀工件夹具与运动机架连接。电镀电源的负极与电镀工件相连接，正极与电镀液内要电镀的各种金属相连接。电镀液槽和清洗水槽设置在运动机架的下方。
[0008]运动机架包括水平往复运动机构和垂直往复运动机构。水平往复运动机构通过运动小车和垂直往复运动机构相连接。水平往复运动机构和垂直往复运动机构上安装有步进电机。步进电机驱动丝杠或皮带运动。计算机编程的PLC控制器控制步进电机运动。水平往复运动机构通过运动小车能够在垂直往复运动机构上由步进电机驱动进行上下运动。电镀工件被夹持在电镀工件夹具上，电镀工件夹具能够在水平往复运动机构上由步进电机驱动进行水平运动。因此，电镀工件可以根据计算机编程的运动路径进行运动。
[0009]自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法，首先利用计算机编制运动程序，运动程序输出给PLC控制器，PLC控制器可以控制运动机架上的运动机构的运动路径。根据预先编制的运动程序，电镀工件在不同金属的电镀液槽和清洗水槽之间循环往复运动。计算机编程中要根据不同金属材料的电镀特性设定在每种电镀液中的电镀时间。调节电镀的电镀电流为适当值。电源电镀工件先下降到一种电镀液中，进行一定时间的电镀，电镀金属原子在电镀工件表面沉积。控制电镀时间以使电镀工件表面获得纳米或微米量级的电镀金属层。然后将电镀工件提升到一定高度，电镀工件要高于电镀液槽和清洗水槽。电镀工件夹具横向运动到清洗水槽上方，电镀工件下降进入清洗水槽清洗，去除工件表面上一次电镀残留的电镀液。移动工件进行下一次电镀及清洗。在所有异质电镀金属材料的电镀过程完成以后，电镀工件回到初始位置，进行第二次循环电镀。如此循环往复，就可以获得异质金属层状纳米复合材料。
[0010]本发明提供一种数控自动循环电镀异质层状复合材料的制备方法和制备设备，所述数控自动循环电镀异质层状纳米材料的制备装置利用计算机精确控制机械装置的运动路径，实现自动循环运动过程，被电镀工件作为负极(阴极)被固定在运动机构的夹具上，与运动机构一起运动，可以在不同的电镀槽和清洗槽中循环往复运动，从而实现自动循环电镀异质层状复合材料的目的。而控制每次电镀的时间，可以获得单层厚度为纳米级的金属层。
[0011]利用多个电镀槽，其中装入不同被电镀金属正极(阳极)和金属盐的电镀液，就能够实现异质金属层的电镀制备过程。通过控制电镀电源发生的电流密度、电镀液的浓度和温度、电镀时间等工艺参数可以制备出纳米厚度的电镀层。
[0012]由于不同的金属电镀特性不相同，需要针对每一种金属的电镀工艺进行电镀时间的调节。
[0013]自动循环运动机构的运动过程由计算机伺服控制，利用PLC控制器和步进电机，精确控制电镀工件夹具的运动位移，实现数十次到数千次的自动循环运动过程。同时计算机还要控制在每一种电镀液中的电镀时间，从而实现不同电镀金属阳极要求的电镀工艺。
[0014]每一次电镀之后，由于被电镀工件表面附着了电镀液，进入下一道电镀之前，被电镀工件要先进入装有清水的清洗槽进行清洗，以免将上一道工序的电镀液带入下一道工序。
[0015]制备的异质纳米层复合材料的种类:
[0016]招、镁、铜、银、金、铁、镍、钛、错、锂、锌、铅、秘、钠、钼、错、猛、钾、锡、钴、?丐、铪、银、
钽、钥、钨、镓、铟、锗，以及钪、钇、镧系稀土元素及其相互组合的多元合金。也可以是半金属硅、硒、碲、砷、硼元素。异质金属层的数量为2~10种。
[0017]金属盐为被电镀异质金属的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、铵盐、碱盐、化合物盐。
【专利附图】
【附图说明】:
[0018]图1是本发明设备的结构示意图。
【具体实施方式】:
[0019]如图1所示:自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备设备，包括编程计算机LPLC运动控制器2，运动机架3，电镀工件夹具8，电镀电源10，多个电镀液槽12和多个清水槽13。编程计算机I通过数据线连接PLC运动控制器2，PLC运动控制器2通过数据线连接运动机架3上的各个运动机构并控制其运动。电镀工件夹具8与运动机架3连接。电镀电源10的负极与电镀工件9相连接，正极与电镀液内要电镀的各种金属11相连接。电镀液槽12和清洗水槽13设置在运动机架3的下方。运动机架3包括水平往复运动机构4和垂直往复运动机构 6。水平往复运动机构4通过运动小车7和垂直往复运动机构6相连接。水平往复运动机构4和垂直往复运动机构6上安装有步进电机5。步进电机5驱动丝杠或皮带运动。水平往复运动机构4通过运动小车5能够在垂直往复运动机构6上由步进电机5驱动进行上下运动。电镀工件9被夹持在电镀工件夹具8上，电镀工件夹具8能够在水平往复运动机构4上由步进电机5驱动进行水平运动。因此，电镀工件9可以根据计算机编程的运动路径进行运动。
[0020]实施例:
[0021]制备Cu-N1-Zn异质层状纳米复合材料。[0022]3种电镀液:硫酸铜，硫酸镍，硫酸锌。
[0023]3种电镀液对应的阳极金属材料:纯铜，纯镍，纯锌。
[0024]清洗液:纯水。
[0025]电镀电压:2~5V。
[0026]电流密度:0.5 ~1.5mA/cm2。
[0027]电镀时间:电镀铜30秒；电镀镍15秒；电镀锌20秒。
[0028]每次循环电镀的三层金属厚度:约为30nm。
【权利要求】
1.自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备设备，其特征在于:包括编程计算机，PLC运动控制器，运动机架，电镀工件夹具，电镀电源，多个电镀液槽和多个清洗水槽；编程计算机通过数据线连接PLC运动控制器，PLC运动控制器通过数据线连接运动机架上的各个运动机构并控制其运动，电镀工件夹具与运动机架连接，电镀电源的负极与电镀工件相连接，正极与电镀液内要电镀的各种金属相连接，电镀液槽和清洗水槽设置在运动机架的下方。
2.如权利要求1所述的自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备设备，其特征在于:运动机架包括水平往复运动机构和垂直往复运动机构；水平往复运动机构通过运动小车和垂直往复运动机构相连接，水平往复运动机构和垂直往复运动机构上安装有步进电机，步进电机驱动丝杠或皮带运动，水平往复运动机构通过运动小车在垂直往复运动机构上由步进电机驱动进行上下运动，电镀工件被夹持在电镀工件夹具上，电镀工件夹具固定在水平往复运动机构上由步进电机驱动进行水平运动。
3.自动循环电镀异质金属层状复合材料的制备方法，首先利用计算机编制运动程序，运动程序输出给PLC控制器，PLC控制器控制运动机架上的运动机构的运动路径，根据预先编制的运动程序，电镀工件在不同金属的电镀液槽和清洗水槽之间循环往复运动，计算机编程中根据不同金属材料的电镀特性设定在每种电镀液中的电镀时间，电源电镀工件先下降到一种电镀液中，进行电镀，电镀金属原子在电镀工件表面沉积，控制电镀时间以使电镀工件表面获得纳米或微米量级的电镀金属层，然后将电镀工件提升到一定高度，电镀工件要高于电镀液槽和清洗水槽，电镀工件夹具横向运动到清洗水槽上方，电镀工件下降进入清洗水槽清洗，去除工件表面上一次电镀残留的电镀液，移动工件进行下一次电镀及清洗，在所有异质电镀金属材料的电镀过程完成以后，电镀工件回到初始位置，进行第二次循环电镀，如此循环往复，就可以获得异质金属层状纳米复合材料。
【文档编号】C25D19/00GK103924285SQ201410138248
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】王继杰, 刘春忠, 王贺权, 王赫男, 姜妲, 张洪亮, 姚祥祥, 张冰, 卢少微, 刘玉林, 国旭明 申请人:沈阳航空航天大学