[发明专利]磁场诱导扫描电沉积制备超疏水镀层的装置和方法

说明书

磁场诱导扫描电沉积制备超疏水镀层的装置和方法。其特征是在阴极工件下面的防水盒中，放置可控电磁铁装置，通直流电后产生垂直于工件平面的匀强磁场，通过调节输入电流的大小来控制磁场强度(20～500mT)。电镀液需要加入磁性微/纳米级颗粒(钴、镍)，浓度控制在2～20g/L。阳极腔中插入镀层相关的金属导电棒与电源阳极连接，采用恒流直流电源，控制电流密度在50～500A/dm²，通过控制X轴的往复运动来沉积出超疏水镀层。本发明可方便进行超疏水镀层的制备，具有设备简单，制造方便，高效快捷，加工过程足够稳定等优点。

技术领域

本发明涉及一种电沉积加工技术，尤其是涉及扫描电沉积加工技术，具体的说是磁场诱导扫描电沉积制备超疏水镀层的装置和方法。

背景技术

超疏水表面一般是指水的接触角大于150°，滚动角小于10°。超疏水表面具有防水、防雾、防雪、防污染、抗氧化、防腐蚀和自清洁以及等重要特点，在科学研究和生产、生活等诸多领域中有极为广泛的应用前景。超疏水技术对于建筑工业、汽车工业、金属行业等的防腐防锈及防污也很有现实意义。

金属是许多工业领域中非常重要且不可替代的工程材料，这些工业领域是我们社会的主要工具，并将在未来保持如此。在金属基底上制备超疏水表面对提高其性能及拓宽其应用具有重大意义。目前，在金属基底上制备超疏水表面的技术有浸渍法、阳极氧化、化学刻蚀、喷砂等。但上述方法工艺复杂，对设备要求严格，成本较高，限制了其应用。

扫描电沉积作为局部电化学沉积的一种，大大改善了电解液的流动性，具有电流密度大、电流效率高、定域性强、工艺简单、成本低等优点，在扫描电沉积加工过程中，电解液以高速射流的形式喷向阴极进行电沉积，这种强烈紊流形式的流动，加快了溶液的搅拌速度，降低了扩散层的厚度，增强了电化学极化，极大地提高了极限电流密度，可以以远高于其它电沉积工艺的电流密度进行，金属沉积速度大大提高，实现更高效率的局部电沉积。配合磁场诱导技术，从而快速制备超疏水镀层。此技术今后可以尝试用于战场军事装备外部的快速修复。

发明内容

本发明是通过成本较低的方法，在电解液中加入的磁性微/纳米颗粒(Co、Ni)，使用简单的扫描电沉积工艺，通过磁场的诱导在任意导电金属表面制备超疏水镀层。

本发明采用下列技术方案：

磁场诱导扫描电沉积制备超疏水镀层的方法，其特征是：

首先在阴极工件下面的防水盒中，放置可控电磁铁装置，通直流电后能产生垂直于工件平面的匀强磁场，控制磁场强度在20～500mT；

其次，电镀液需要加入平均直径为50nm～1μm的磁性微/纳米级颗粒(钴、镍)，浓度控制在2～20g/L，阳极腔中插入镀层相关的金属导电棒与电源阳极连接，采用恒流直流电源，控制电流密度在50～500A/dm²，通过控制X轴的往复运动来沉积出超疏水镀层；

最后，对沉积完成的镀层进行清洗干燥处理，并置于空气中5-10天既可得到超疏水镀层。

所述电解液为含Co、Ni或他们各自合金的电解液。

本发明的与上述方法相适应的制造装置如下：

磁场诱导扫描电沉积制备超疏水镀层的装置，其特征是它包括机架(1)、底板(2)、电解液槽(3)、水泵(4)、矩形喷嘴(5)、阳极腔(6)、PVC导管(7)、可调流量计(8)、三通管(9)、金属导电棒(10)、XZ两轴步进电机平台(11)、夹紧连接件(12)、阴极载物台(13)、防水盒(14)、电磁铁(15)；电解液储存在电解液槽(3)中，电解液由水泵(4)从电解液槽(3)中吸出，经过PVC导管(7)和阳极腔(6)，最后由矩形喷嘴(5)喷射到阴极工件表面进行沉积，电解液再回流到电解液槽(3)中，形成电解液循环系统。