[发明专利]一种在熔盐中原位电沉积制备钨合金涂层的方法

说明书

本发明提供一种在熔盐中原位电沉积制备钨合金涂层的方法，所述方法以包含金属化合物和添加剂的钨酸盐体系为熔盐电解质；其中，所述金属化合物为稀土金属化合物和锆化合物中的一种，所述添加剂为偏磷酸盐和/或氟盐。本发明所提供的方法通过向钨酸盐体系中添加特定金属化合物和添加剂，原位电沉积制得钨合金涂层，通过第二相掺杂使钨涂层结构致密，晶粒更小，结合强度更高，硬度大且耐磨性能更好。该方法具有高效、绿色、流程短，产品可控的特点，工艺设备简单，操作方便，成本低，实际应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种在熔盐中原位电沉积制备钨合金涂层的方法。

背景技术

金属钨及钨基合金具有优良的物理化学性质，如高熔点、高硬度、较低的热膨胀系数、低电子逸出功和良好的化学稳定性，在电子器件、聚变堆材料和航空航天中有广泛的应用

然而钨硬度高，脆性大造成了其难以进行机械加工，因此研究者们不断尝试在各种金属，石墨等导电材料上制备性能良好的钨涂层材料。钨合金涂层相比于纯钨涂层，具有更高的硬度和强度，耐磨性、抗热冲击性等性能也进一步提高，适用范围更广。

目前，真空等离子喷涂(VPS)，物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)技术被广泛用于钨涂层的制备；然而，这些方法仍然存在一些缺点，如涂层的氧含量高，环境污染和成本高等。相比较而言，电沉积技术是一种更经济、更简单、更有效的涂层制备方法。但是，目前采用电沉积技术制备得到的钨涂层其晶粒尺寸、硬度等性能有待进一步提高，加之钨涂层应用范围不断扩大且涉及高端技术领域，因此对电沉积制备钨涂层技术提出更高的要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在熔盐中原位电沉积制备钨合金涂层的方法，该方法可以制备出晶粒更加细小、平整度更高、致密度更高的高性能钨合金涂层，适用于C/C复合材料、石墨、钢、钼、铜等基体材料的高温或耐腐蚀防护。

本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种熔盐原位电沉积制备钨涂层的方法，以包含金属化合物和添加剂的钨酸盐体系为熔盐电解质；

其中，所述金属化合物为稀土金属化合物和锆化合物中的一种，所述添加剂为偏磷酸盐和/或氟盐。

在上述技术方案中，熔盐电解质中加入所述金属化合物后部分溶解，在熔盐中形成稀土金属离子或锆离子，由于添加剂的加入使阴极极化增加从而达到稀土金属或锆的沉积电位，发生电化学沉积反应，又由于其金属活泼性使其与熔盐中的氧发生反应形成稀土金属氧化物或锆氧化物第二相，从而达到了细化晶粒，降低表面粗糙度的效果。

优选地，所述金属化合物为氧化锆或氧化钇。

优选地，所述偏磷酸盐为NaPO₃、KPO₃和Ca(PO₃)₂中的一种或多种，当向体系中添加偏磷酸盐时，其添加量优选为10-25mol％(以整个钨酸盐体系为基准，实际操作中，由于金属化合物添加量很小，故可以忽略不计)。

优选地，所述氟盐为NaF、KF和CaF₂中的一种或多种，当向体系中添加氟盐时，其添加量优选为1-5mol％(以整个钨酸盐体系为基准，实际操作中，由于金属化合物添加量很小，故可以忽略不计)。

进一步优选地，本发明中所述添加剂选用偏磷酸盐。

在本发明的优选实施方式中，所述钨酸盐体系由钨酸盐、三氧化钨、所述金属化合物和所述添加剂组成，其中，所述钨酸盐与所述三氧化钨的摩尔比为1：0.001-0.5，所述金属化合物在所述钨酸盐体系中的添加量为1-5wt％。