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1、(10)申请公布号 CN 103924285 A (43)申请公布日 2014.07.16 CN 103924285 A (21)申请号 201410138248.4 (22)申请日 2014.04.08 C25D 19/00(2006.01) B32B 15/01(2006.01) (71)申请人 沈阳航空航天大学 地址 110136 辽宁省沈阳市沈北新区道义南 大街 37 号 (72)发明人 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 (74)专利代理机构 沈阳维特专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 21229 代理人 李绪岩 (54) 发明名称 自动。
2、循环电镀异质金属层状复合材料的制备 方法及设备 (57) 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。
3、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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103924285 A CN 103924285 A 1/1 页 2 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。
4、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。
5、， 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。
6、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。 权 利 要 求 书 CN 103924285 A 2 1/3 页 3 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 。
7、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 100nm 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。
8、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。。
9、 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。
10、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。
11、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 说 明 书 CN 103924285 A 3 2/3 页 4 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，。
12、 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。
13、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。
14、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 铝、 镁、 铜、 银、 金、 铁、 镍、 钛、 锆、 锂、 锌、 铅、 铋、 钠、 铂、 铑、 锰、 钾、 锡、 钴、 钙、 铪、 铌、 钽、 钼、 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。 附图说明 ： 0018 图 1 是本发明设备的结构示意图。
15、。 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 1， PLC 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 1 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。
16、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 说 明 书 CN 103924285 A 4 3/3 页 5 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-Ni-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。 说 明 书 CN 103924285 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 103924285 A 6 。