[发明专利]用于选区电沉积的金属复合材料及涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于选区电沉积的金属复合材料及涂层的制备方法，其中，电化学增材制造技术是基于离散‑堆积原理的一种选区电沉积技术，制备方法包括以下步骤：步骤一、配置电解液，装入非喷射式电化学增材制造设备中，并设置样品表面的沉积区域轨迹程序；步骤二、对样品进行预处理；步骤三、在样品表面的沉积区域均匀铺设固体粉末；步骤四、在样品表面进行选区电沉积；步骤五、沉积结束后用去离子水冲洗、再冷风吹干即得到具有复合涂层的样品。本发明针对在目前电化学增材制造选区电沉积金属材料及涂层技术中，无法制备金属‑无机、金属‑有机复合材料或涂层的问题，提供一种简单可靠的解决方案。

技术领域

本发明属于电化学增材制造领域，涉及一种金属复合材料或涂层的制备方法，尤其涉及一种用于选区电沉积的金属复合材料及涂层的制备方法。

背景技术

增材制造技术(Additive Manufacturing，AM)，即3D打印技术，是一种近些年兴起的选区加工技术，并在航空航天、电子元器件、医疗设备等高新技术领域已经得到较多的应用。以激光、电子束和电弧等离子弧为热源的增材制造技术统称为高能束流增材制造技术。在全世界范围内，高能束流增材制造金属、非金属、金属基复合材料的科学研究和实际应用已具备一定的规模，且是目前发展较为完善的研究方向。其随着我国智能制造产业的起步，许多传统行业都进行了颠覆性的改革。而增材制造(3D打印)作为智能制造的典型代表，已经在短短几年时间快速发展，并渗透到了各个产业领域。将选区电沉积技术应用到一些传统工业，不仅仅极大的降低了生产成本、减少环境污染，同时为一些传统工业技术带来新的发展方向和研究思路。

电沉积技术作为从19世纪初发现到现在已经有200年的时间，至今依旧在材料制备、表面改性、化学催化等领域有重要研究及应用价值。与高能束流增材制造技术不同，电化学增材制造其原理实际上属于选区电沉积，由于其电沉积原理和设备结构的特殊性，在研究、应用以及制备材料多样性上均不如物理沉积的高能束流增材制造。尽管电化学增材制造技术的局限性很大，但由于其在生产制备过程中不存在热损伤、对基体结构公差影响极小的特性，使电化学增材制造在表面修复、涂层制备方面具有一定的研究价值。

近几年，已有一部分针对于电化学增材制造(选区电沉积)有关研究成果及技术出现，但这类研究成果及技术均只能制备单一的金属材料及涂层。传统的电沉积技术已由最初的只能电沉积单金属，发展为现在的可电沉积单金属、合金、金属-陶瓷、金属-有机复合材料等多种种类。因此可以看出制备材料种类的局限性极大的影响了电化学增材制造(选区电沉积)的研究、发展及应用。与此同时，电沉积领域在智能制造以及增材制造方面的发展，在国内始终处于萌芽阶段。因此着重发展电沉积在智能制造以及增材制造领域的应用对我国的技术发展与革新具有十分重要的意义。

发明内容

电化学增材制造通常是通过选区电沉积的方法，按照一定路径反复沉积、堆叠的方式来实现。本发明主要是针对在目前电化学增材制造(选区电沉积)金属材料及涂层技术中，无法制备金属—无机、金属—有机复合材料或涂层的问题，提供一种简单可靠的解决方案。

为实现上述目的，本发明提供一种用于选区电沉积的金属复合材料及涂层的制备方法，具有这样的特征：包括以下步骤：步骤一、配置电解液，装入非喷射式电化学增材制造设备中，并设置样品表面的沉积区域轨迹程序；步骤二、对样品进行预处理；步骤三、在样品表面的沉积区域均匀铺设固体粉末；步骤四、在样品表面进行选区电沉积；步骤五、沉积结束后用去离子水冲洗、再冷风吹干即得到具有复合涂层的样品。该复合涂层是由电解液与固体粉末复合得到。

其中，步骤三和步骤四可以进行一次或多次，多次指通过重复多次步骤三和步骤四制备所需厚度的复合涂层，即沉积一层后在沉积层上再次均匀铺设固体粉末，然后再次电沉积，重复多次该过程，最终得到所需厚度的复合涂层。

进一步，本发明提供一种用于选区电沉积的金属复合材料及涂层的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，固体粉末为不溶于水的无机、有机固体粉末，例如氧化铝粉末、聚四氟乙烯粉末、石墨烯粉末等。