基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108570703A(43)申请公布日2018.09.25(21)申请号201810304998.2(22)申请日2018.04.08(71)申请人天津大学地址300350天津市津南区海河教育园雅观路135号天津大学北洋园校区(72)发明人黄远张洁王祖敏刘永长(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人李丽萍(51)Int.Cl.C25D11/26(2006.01)C25D3/38(2006.01)C25D5/50(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料制备方法，包括：对钨片表面前处理；依次通过两步阳极氧化和氢还原退火得到具有深度脱氧表面纳米多孔结构的钨片；在纳米多孔结构的钨片表面电镀铜；最后对钨/铜电镀试样进行高温扩散退火制得钨/铜层状复合材料。制备过程中，钨片表面的纳米多孔结构可以增大接触面积，提高表面活性，并对铜层起到机械啮合作用。采用热震法和划格法检测铜金属层结合力时无起皮和脱落现象。本发明制备工艺简单、电镀液稳定无污染、连接效率高、生产成本低、可重复性好，可制备形状复杂和基于工件内表面的钨/铜复合材料，同时避免了采用金属中间层对材料性能带来的影响，有助于钨/铜复合材料的工业应用。CN108570703ACN108570703A权利要求书1/1页1.一种基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、前处理：对钨片表面进行打磨、抛光、去油和超声清洗，清洗后干燥备用；步骤二、两步阳极氧化处理：以铂片作为阴极，以经过步骤一前处理后的钨片作为阳极，在氟化钠和氢氟酸的混合溶液中进行两步阳极氧化，使得钨片表面形成纳米多孔氧化层，该混合溶液中，氟化钠的质量百分比浓度为0.2～0.3wt％，氢氟酸的体积百分比浓度为0.2～0.3％，pH在2～3之间；阳极氧化的工艺条件是：在室温条件下，先在60V电压下氧化60min，然后迅速降低电压到40V，继续氧化60min；阳极氧化结束后，将钨片用超纯水冲洗干净后干燥备用；步骤三、氢还原脱氧处理：将经过步骤二阳极氧化处理后的钨片在氢气气氛中还原退火，退火温度为700℃，保温时间为3h，随炉冷却后取出，获得具有表面纳米多孔结构的钨片；步骤四、电镀铜：以步骤三获得的具有表面纳米多孔结构的钨片为阴极，以无氧铜板作为阳极，在以硫酸铜为主盐的EDTA体系无氰电镀铜液中进行直流电镀，阴极电流密度为1～2A/dm2，电镀时间为15～45min，温度为40～60℃，将电镀后的钨/铜试样用超纯水冲洗干净后干燥备用；步骤五、高温扩散退火：将步骤四获得的钨/铜电镀试样在氩气保护气氛下进行高温退火，退火温度为950～980℃，保温时间为2.5～3h，随炉冷却后取出，获得钨/铜层状复合材料。2.根据权利要求1所述基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中使用的钨片纯度大于99.95wt％。3.根据权利要求1所述基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，获得的具有纳米多孔结构的钨片表面氧含量小于0.1wt％，纳米孔形状规则且分布均匀，平均孔径约为68nm。4.根据权利要求1所述,基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述以硫酸铜为主盐的EDTA体系无氰电镀铜液的组分及其质量体积浓度为：硫酸铜25～45g/L、乙二胺四乙酸二钠120～170g/L、酒石酸钾钠20～40g/L、硝酸钾4～8g/L、氢氧化钠20～40g/L和超纯水，该无氰电镀铜液的pH控制在12～13之间。5.根据权利要求1所述基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，阳极电极与阴极电极的间距为10cm。2CN108570703A说明书1/5页基于钨片表面纳米化的钨/铜层状复合材料制备方法技术领域[0001]本发明涉及金属层状复合技术领域，具体为一种基于钨片表面纳米化的互不固溶金属钨/铜层状复合材料制备方法。背景技术[0002]面向等离子体元件是核聚变工程的关键材部件，其要求材料具有低离子束溅射率、耐高温性和高热导性。钨以其高熔点、高硬度、耐中子辐照、高导热性、低溅射腐蚀率和稳定的化学性质等特点，常选作为耐高温材料，在航空航天、能源和电子等领域得到广泛应用，如燃料喷管的衬里，并且被确定为聚变堆面向等离子体的热门候选材料之一。金属铜则具有高热导率(400W/(m·K))，与钨连接能够有效的带走核聚变离子束辐照产生的热量，起到对钨加强散热的作用，通常作为热沉材料使用。将金属钨和