[发明专利]凸包状仿生织构化铬镀层的电沉积制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种凸包状仿生织构化镀层的电沉积制备方法，具体涉及一种凸包状仿生织构化铬镀层的电沉积制备方法及其用途。

背景技术

近年来，随着材料设计加工技术水平的不断提升以及仿生摩擦学的快速发展，科研工作者发现了与传统摩擦学理论(传统摩擦学理论认为：相互接触的表面越光滑磨损量越小)相悖的一些新现象：①摩擦力并不完全与表面粗糙度成正比，当滑动部件表面粗糙度达到微纳米级或原子级时，摩擦力反而大大增加；②在摩擦系统中，表面粗糙度的降低并不能减小摩擦因数和磨损；③表面并非越光滑就越耐磨，具有一定非光滑形态的表面反而具有更好的抗磨性，这些研究成果推动了表面仿生织构化摩擦学的快速发展，并成为摩擦学中的热门研究领域。

表面仿生织构化摩擦学是根据自然界的启发，借鉴亿万年来植物和动物自然进化形成的、性能优异的表面非光滑结构，人为设计将其应用到现实生活中，使材料表面具有优异的控制摩擦、减小磨损和抗粘附的特性。现有的研究表明：基于仿生摩擦学的原理，材料表面的仿生微结构(包括表面微坑、表面微凸起、表面织构、非光滑表面)可以有效改善滑动表面的摩擦学性能。在干摩擦条件下，仿生微坑能储存摩擦磨损过程中产生的磨屑或微颗粒，从而降低摩擦并减小磨损。而在润滑介质条件下，滑动表面上分布的仿生微坑能形成动压润滑膜，具有良好的减摩抗磨效应。

现有的仿生表面织构化制备方法主要有：激光表面织构技术、㈠GA技术、反应离子蚀刻技术、压刻技术、数控振动机械加工技术和电解加工技术等。这些技术都是在基材表面直接进行微区加工实现织构化，但多数现有织构化技术还是属于“减材”制造技术，主要以刻蚀、压印等方式在表面形成单一的凹坑或凹槽为主，存在织构化图案设计单一，容易造成基材性能的变化(例如采用激光技术在高速锻造钢轧辊表面进行织构化时，由于微区单元的重熔等，会导致成分偏析，耐磨性能下降)。

电沉积技术(包括电镀、电铸)是一种传统的表面改性技术，具有选材广泛、性能可设计等优点，属于镀层“增材”制造的技术范畴，在表面装饰、功能修饰、腐蚀防护、耐磨减磨等领域应用广泛，但现有技术中并没有利用电沉积技术实现表面织构化制造的相关报道。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种凸包状仿生织构化铬镀层的电沉积制备方法及其用途。本发明利用电沉积技术实现表面织构化制造，无疑会大大拓展材料类型应用范围，丰富织构加工技术方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种凸包状仿生织构化金属铬镀层的电沉积制备方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、待沉积基体材料表面经打磨抛光、除油、酸洗活化、预沉积处理；

步骤二、将所述预沉积处理后的基体材料置于温度为35～70℃的酸性镀铬电解液中进行电沉积，制备凸包状织构化金属铬镀层；电沉积过程采用阶梯上升和方波脉冲组合电流；

步骤三、所述凸包状织构化金属铬镀层在200～400℃的温度下热处理0.5～2.0小时，即可。

优选地，步骤一中，所述打磨抛光至待沉积基体材料表面粗糙度为0.1～0.5微米。

优选地，步骤二中，所述酸性镀铬电解液采用去离子水配置，包含如下含量的各组分：

优选地，所述酸性镀铬电解液中硫酸含量为2.4g/L。在该硫酸浓度下，沉积速度快，得到的镀层光洁度最好。

优选地，所述聚乙二醇分子量为4000～20000。更优选6000～10000，最优选择为8000。当聚乙二醇分子量小于4000时，无法起到对镀层表面的修饰效果，得到的凸包状结构表面粗糙且尺寸不均匀。

优选地，所述聚乙二醇与羟乙基磺酸的总含量为0.1～3g/L，其中，聚乙二醇与羟乙基磺酸的重量比为(1.0～2.0)∶(0.5～1.0)。最优选的重量比为1.5∶1.0。该条件下沉积得到的凸包结构饱满，表面光滑，尺寸均匀，无毛刺产生。

优选地，步骤二中，所述阶梯上升电流为电流密度由0A/dm²、I1、I2、I3依次上升的三阶段阶梯上升电流(如图1所示)；电流密度I1为电流密度I3的15～30％，电流密度I2为电流密度I3的70～80％，电流密度I3为90～200A/dm²。

优选地，第一阶段A1段初始电流密度由0A/dm²经T1时间上升至电流密度I1并保持T2时间，电流密度I1取20～40A/dm²，为最高工作电流I3的15～30％，T1取10～30s，T2取60～120s。