專利名稱：一種制備金屬多層膜鍍層的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用電沉積方法制備金屬多層膜鍍層的裝置。
背景技術(shù)：
金屬多層膜又可稱為組分調(diào)制合金，是一種金屬或合金沉積在另一種金屬或合金上形成的組分或結(jié)構(gòu)周期性變化的材料，由多種不同材料交替生長而形成的多層膜，其力學性能隨調(diào)制波長的變化而發(fā)生變化。多層膜具有很多優(yōu)異的特性，例如良好的導電性、耐蝕性、耐磨性、裝飾性、磁性、熱穩(wěn)定性等。金屬多層膜的制備和性能研究已成為當前物理學和材料學領(lǐng)域的熱點，其制備方法有物理方法和電化學方法，其中物理方法包括真空蒸鍍、離子濺射等物理氣相沉積、金屬 有機物、化學氣相沉積于分子束外延成型等，電化學方法又可分為單槽法、雙槽法和液流法，依據(jù)不同的金屬不同的還原電位，采用適當?shù)碾娏髅}沖，并控制電解液中預鍍金屬的離子配比，可以控制沉積金屬的成分及沉積速度，從而制備出多層膜，因此又稱電沉積方法。電沉積方法與物理方法相比，避免了離子濺射、物理蒸鍍等方法所要求的高真空或超高真空條件，為多層膜制備提供了操作容易、技術(shù)要求簡單的新方法。電沉積方法是一種制備多層膜結(jié)構(gòu)材料的簡便方法，可以方便地對多層膜材料的結(jié)構(gòu)、組成及性能加以調(diào)整，具有廣闊的發(fā)展前景，自1921年Blum利用雙電解槽交替沉積金屬Cu/Ni多層膜以來，組分調(diào)制合金的電沉積技術(shù)取得了很大進展，相關(guān)研究工作主要表現(xiàn)在對電沉積材料的結(jié)構(gòu)、組分和調(diào)制波長的精確控制以及多層膜性能的提升，制備出的多層膜組分調(diào)制合金多是以金屬單質(zhì)為基礎進行周期性變化的多層膜結(jié)構(gòu)。但是關(guān)于用電沉積方法制備金屬多層膜的裝置卻沒有更好的發(fā)展，由于制備多層膜需要不同的電解液，而不同的電解液又需要不同電流密度或不同類型電流才能進行電沉積，該難題不好解決，造成傳統(tǒng)的制備金屬多層膜鍍層的裝置大多結(jié)構(gòu)復雜，不易于操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于操作的采用電沉積方法制備金屬多層膜鍍層的裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種制備金屬多層膜鍍層的裝置，包括沿周向間隔布置的用于分別盛放不同電解液的電解槽以及分別為各電解槽內(nèi)的電解液提供不同電流的電源，各電解槽內(nèi)分別懸伸有與各自對應電源的正極導電連接的金屬件，電解槽的上方設有用于帶動工件繞各電解槽所在周向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括軸線沿上下方向延伸的轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的動力裝置，轉(zhuǎn)軸上固定有沿其徑向方向延伸的懸臂架，懸臂架上設有用于掛裝工件的掛架，且懸臂架的上方設有電流轉(zhuǎn)換器，所述電流轉(zhuǎn)換器包括沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置的與各電源的負極一一對應導電連接的固定接觸件以及用于與工件導電連接的動接觸件，所述動接觸件絕緣裝配在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上并在工件依次進入電解槽內(nèi)時與各固定接觸件依次轉(zhuǎn)動摩擦配合。
所述電解槽所在周向上位于相鄰兩個電解槽之間還分別設有用于盛放蒸餾水的蒸餾槽。所述電解槽和蒸餾槽均為扇形槽，且電解槽和蒸餾槽依次相接形成環(huán)槽。所述掛架通過固定在懸臂架上的筒狀結(jié)構(gòu)的導軌滑動裝配在懸臂架上，導軌的軸線方向與懸臂架的延伸方向一致，導軌的筒壁上開設有沿其軸向方向延伸的與所述掛架滑動導向配合的滑槽。所述動接觸件通過導軌和掛架用于與工件導電連接，導軌通過導線與動接觸件導電連接。 所述懸臂架為對稱布置在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個，所述掛架為分別滑動裝配在各自對應懸臂架上的兩個，所述動接觸件為沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置的分別與兩個導軌導電連接的兩個。所述電解槽上設有用于控制各電解槽內(nèi)的電解液溫度的溫控系統(tǒng)，所述溫控系統(tǒng)包括安裝在各電解槽槽底外壁上的電熱絲以及控制電熱絲工作的溫度控制器。所述動力裝置為電機，電機的動力軸上傳動連接有用于控制電機轉(zhuǎn)速的速度控制器，所述轉(zhuǎn)軸與速度控制器傳動連接。所述電解槽和蒸餾槽上分別連有排水閥。采用上述結(jié)構(gòu)的制備金屬多層膜鍍層的裝置，由于電解槽沿周向間隔布置，各電解槽內(nèi)用于分別盛放制備不同金屬薄膜的電解液，而且旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動工件繞電解槽所在周向旋轉(zhuǎn)，使工件在轉(zhuǎn)動過程中依次進入電解槽內(nèi)，并在各電解槽內(nèi)分別完成不同金屬薄膜的制備，工件轉(zhuǎn)動一周便完成單層不同金屬薄膜的疊加，解決了多元多層膜電沉積的裝置問題；同時，電流轉(zhuǎn)換器的固定接觸件沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置并分別與電源的負極一一導電連接，電流轉(zhuǎn)換器的動接觸件絕緣裝配在轉(zhuǎn)軸上與固定接觸件依次轉(zhuǎn)動摩擦配合，而且動接觸件與掛裝在掛架上的工件導電連接，在轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動過程中，動接觸件通過與固定接觸件的依次轉(zhuǎn)動摩擦配合，實現(xiàn)與各電源的負極依次導電連接，使電源可以為工件在不同的電解液內(nèi)提供不同的電流，滿足了不同電解液需要不同電流密度或不同類型電流進行電沉積的要求。整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，只要將工件掛裝在掛架上便能操作完成金屬多層膜鍍層的制備，操作方便。懸臂架采用對稱布置在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個,而且動接觸件也為與懸臂架對應設置的兩個，通過利用電解槽以及固定接觸件的結(jié)構(gòu)，可以在一次循環(huán)過程中同時完成兩個工件的電沉積，從而提聞工作效率。所述轉(zhuǎn)軸與速度控制器傳動連接，通過速度控制器可以控制轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，可以控制工件在每個電解槽內(nèi)的電沉積時間，大大增加了各層膜的均勻性，很大程度上提高了沉積層的質(zhì)量。所述掛架滑動裝配在懸臂架上，可以調(diào)節(jié)工件與金屬件的距離。另外，電解槽上還設有溫控系統(tǒng)，通過溫度控制器控制電熱絲的工作，可以保證電沉積在恒溫的環(huán)境中進行。


圖I為本發(fā)明的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中的電解槽結(jié)構(gòu)示意 圖3為圖I中的掛架結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明制備金屬多層膜鍍層的裝置的實施例如圖1-3所示，包括環(huán)槽I、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及兩個電源9，該裝置利用電沉積方法制備金屬多層膜，兩個電源9用于提供不同大小的電流，當然也可以根據(jù)實際需要采用不同類型的電流，如直流和脈沖電流。環(huán)槽I的材料為玻璃、塑料等絕緣材料，環(huán)槽I的內(nèi)、外槽壁之間連有四個周向間隔布置的隔板17，這樣使環(huán)槽I被分割為四個扇形槽，相對的兩個扇形槽的大小相同，使用時，其中兩個相對的扇形槽內(nèi)分別盛放不同的電解液，盛放電解液的兩個扇形槽為電解槽15，另外兩個相對的扇形槽內(nèi)分別盛放蒸懼水，盛放蒸懼水的兩個扇形槽為蒸懼槽16。兩個電解槽15內(nèi)分別懸伸有與金屬件13，兩個金屬件13通過導線分別與兩個電源9的正極導電連接，金屬件13的材料分別為要制備的多層膜的材料。 所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括位于環(huán)槽I上方的動力輸出端豎直朝向環(huán)槽I的電機5，電機5的動力軸上傳動連接有速度控制器5，速度控制器5通過聯(lián)軸器傳動連接有軸線沿上下方向延伸的轉(zhuǎn)軸4,這樣通過速度控制器5可以控制轉(zhuǎn)軸4的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)軸4的末端固定有兩個徑向方向延伸的懸臂架8，懸臂架8為絕緣材料，兩個懸臂架8對稱布置在轉(zhuǎn)軸4的兩側(cè)，且在懸臂架8上分別固定有軸線方向與懸臂架8的延伸方向一致的導軌18，導軌18為筒狀結(jié)構(gòu)且為金屬材料，導軌18的筒壁上開設有沿其軸向方向延伸的滑槽，滑槽內(nèi)滑動裝配有T型結(jié)構(gòu)的掛架2，兩個掛架2的豎直段上分別固定有掛鉤，通過將工件11直接掛裝在掛鉤上，方便工件11的裝配和拆卸，掛架2和掛鉤均為金屬材料，在掛架2沿導軌18軸向滑動時，掛架2始終與導軌18導電連接。所述懸臂架8的上方還設有電流轉(zhuǎn)換器，電流轉(zhuǎn)換器包括固定接觸件7和動接觸件3，固定接觸件7為對稱布置在轉(zhuǎn)軸4兩側(cè)的兩個，兩個固定接觸件7通過導線分別與兩個電源9的負極導電連接，動接觸件3為固定貼設在轉(zhuǎn)軸4側(cè)壁上的兩個，動接觸件3為金屬材料，兩個動接觸件3沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置并與兩個懸臂架8上的導軌18 —一對應設置，對應的動接觸件3和導軌18通過導線導電連接，在轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動時，動接觸件3依次與兩個固定接觸件7轉(zhuǎn)動摩擦配合，當其中一個動接觸件3與其中一個固定接觸件7接觸時，該動接觸件3便與固定接觸件7對應的電源9負極導電連接，進而使對應的掛鉤與電源9的負極導電連接，同時為了防止轉(zhuǎn)軸4導電，兩個動接觸件3與轉(zhuǎn)軸4絕緣。由于電沉積過程中溫度對沉積層性能有影響，環(huán)槽I上還設有溫控系統(tǒng)，溫控系統(tǒng)包括安裝在各電解槽15槽底外壁上的電熱絲12以及控制電熱絲12工作的溫度控制器14，依靠溫控系統(tǒng)可以為整個電沉積過程提供恒溫條件。在各電解槽15和蒸餾槽16上還連通設置有排水閥10，用于方便電解槽15和蒸餾槽16內(nèi)的液體排放。上述實施例在制備多層膜時，以制備A/B 二元多層膜鍍層為例介紹，兩個金屬件13分別為金屬A和金屬B，兩個電解槽15內(nèi)分別盛放適量的制備金屬A薄膜和制備金屬B薄膜的電解液，兩個蒸餾槽16內(nèi)盛放適量的蒸餾水。先將兩個工件11分別掛裝在掛架2的掛鉤上，電機6工作驅(qū)動轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動，同時懸臂架8帶動各自的工件11沿環(huán)槽I的周向轉(zhuǎn)動，使工件11依次經(jīng)過電解槽15和蒸餾槽16，根據(jù)工藝要求計算出工件11在各電解槽15內(nèi)的電沉積時間(即通過每個電解槽15的時間)，進而利用速度控制器5調(diào)整轉(zhuǎn)軸4速度來調(diào)節(jié)在電解槽15內(nèi)的電沉積時間，從而調(diào)節(jié)單層薄膜的厚度。其中一個工件11的電沉積過程具體如下，工件11以進入一個蒸餾槽16內(nèi)進行清洗為起點，隨后進入盛放制備金屬A薄膜的電解槽15內(nèi)，在盛放制備金屬A薄膜的電解槽內(nèi)，工件11 一邊運動一邊進行電沉積，此時，與工件11導電連接的電源為電沉積提供電流，完成金屬A薄膜的電沉積；接著工件11轉(zhuǎn)動進入下個蒸餾槽16內(nèi)進行清洗，再進入盛放制備金屬B薄膜的電解液的電解槽15內(nèi)進行金屬薄膜B的電沉積，此時與工件11導電連接的另一個電源電沉積提供電流，完成金屬B薄膜的電沉積。至此，工件表面就形成了兩層薄膜，接著再進行新一輪的循環(huán)，如此不停轉(zhuǎn)動完成周期性變化電沉積，從而制備出金屬多層膜鍍層。上述實施例中，兩個電解槽15之間分別有一個蒸懼槽16,這樣使工件在電解槽15內(nèi)完成電沉積后都進入蒸餾槽16內(nèi)進行清洗，從而保證制備出的金屬多層膜的性能，在其它實施例中，也可以不設置蒸餾槽，采用沖刷的方式也能實現(xiàn)清洗。

電解槽15的數(shù)量與要制備的金屬多層膜的組成有關(guān)，而電源9以及固定接觸件3的數(shù)量與電解槽15對應，因此，在其它實施例中，制備二元以上的金屬多層膜鍍層，只要保證電解槽沿周向間隔布置以及工件與對應的電源負極導電連接即可。當然，在其它實施例中，也可以設置一個懸臂架，而動接觸件也只需要一個即可。
權(quán)利要求
1.一種制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于包括沿周向間隔布置的用于分別盛放不同電解液的電解槽以及分別為各電解槽內(nèi)的電解液提供不同電流的電源，各電解槽內(nèi)分別懸伸有與各自對應電源的正極導電連接的金屬件，電解槽的上方設有用于帶動工件繞各電解槽所在周向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括軸線沿上下方向延伸的轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的動力裝置，轉(zhuǎn)軸上固定有沿其徑向方向延伸的懸臂架，懸臂架上設有用于掛裝工件的掛架，且懸臂架的上方設有電流轉(zhuǎn)換器，所述電流轉(zhuǎn)換器包括沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置的與各電源的負極一一對應導電連接的固定接觸件以及用于與工件導電連接的動接觸件，所述動接觸件絕緣裝配在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上并在工件依次進入電解槽內(nèi)時與各固定接觸件依次轉(zhuǎn)動摩擦配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述電解槽所在周向上位于相鄰兩個電解槽之間還分別設有用于盛放蒸餾水的蒸餾槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述電解槽和蒸餾槽均為扇形槽，且電解槽和蒸餾槽依次相接形成環(huán)槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述掛架通過固定在懸臂架上的筒狀結(jié)構(gòu)的導軌滑動裝配在懸臂架上，導軌的軸線方向與懸臂架的延伸方向一致，導軌的筒壁上開設有沿其軸向方向延伸的與所述掛架滑動導向配合的滑槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述動接觸件通過導軌和掛架用于與工件導電連接，導軌通過導線與動接觸件導電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述懸臂架為對稱布置在轉(zhuǎn)軸兩側(cè)的兩個，所述掛架為分別滑動裝配在各自對應懸臂架上的兩個，所述動接觸件為沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置的分別與兩個導軌導電連接的兩個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述電解槽上設有用于控制各電解槽內(nèi)的電解液溫度的溫控系統(tǒng)，所述溫控系統(tǒng)包括安裝在各電解槽槽底外壁上的電熱絲以及控制電熱絲工作的溫度控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述動力裝置為電機，電機的動力軸上傳動連接有用于控制電機轉(zhuǎn)速的速度控制器，所述轉(zhuǎn)軸與速度控制器傳動連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備金屬多層膜鍍層的裝置，其特征在于所述電解槽和蒸餾槽上分別連有排水閥。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備金屬多層膜鍍層的裝置，包括沿周向間隔布置的電解槽及分別為各電解槽內(nèi)的電解液提供不同電流的電源，各電解槽內(nèi)分別懸伸有與各自對應電源的正極導電連接的金屬件，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括軸線沿上下方向延伸的轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的動力裝置，轉(zhuǎn)軸上固定有沿其徑向方向延伸的懸臂架，懸臂架上設有掛架，且懸臂架的上方設有電流轉(zhuǎn)換器，電流轉(zhuǎn)換器包括沿轉(zhuǎn)軸周向間隔布置的與各電源的負極一一對應導電連接的固定接觸件及與工件導電連接的動接觸件，動接觸件絕緣裝配在轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁上并與各固定接觸件依次轉(zhuǎn)動摩擦配合。整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，只要將工件掛裝在掛架上便能操作完成金屬多層膜鍍層的制備，操作方便。
文檔編號C25D5/10GK102677113SQ201210004528
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者劉春陽, 司東宏, 敖正紅, 李濟順, 薛玉君, 隋新, 馬偉 申請人:河南科技大學