熔鹽電沉積碳膜的研究.pdf

1、碳膜具有良好的物理、化學(xué)性質(zhì)，在近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。在金屬材料表面包覆碳膜不但可以保持基體的特性，且能夠使材料具有碳膜的性質(zhì)和性能。目前，碳膜的制備方法主要有物理氣相沉積法和化學(xué)氣相沉積法。然而，這兩種方法都普遍存在著沉積工藝復(fù)雜、沉積溫度高等缺點(diǎn)。這導(dǎo)致膜和基體間有較大的熱應(yīng)力，碳膜容易脫落。因此，有必要尋找更為合適的碳膜沉積工藝，降低碳膜制備成本，提高碳膜質(zhì)量，使其得到更為廣泛的應(yīng)用。
　　本文以熔融鹽為介質(zhì)，碳酸鹽為

2、碳源，使用電化學(xué)方法在金屬鈦和340不銹鋼基體上進(jìn)行碳膜的沉積;在此基礎(chǔ)上制備具有金屬-氧-碳過(guò)渡層的碳膜;使用電化學(xué)測(cè)量技術(shù)對(duì)還原過(guò)程進(jìn)行了研究;討論了碳膜的生長(zhǎng)過(guò)程，以及沉積電壓、工作溫度、碳酸鹽根離子濃度等因素對(duì)碳膜沉積過(guò)程的影響。研究結(jié)果如下:
　　在熔鹽電化學(xué)沉積過(guò)程中，碳酸根離子被一步還原為碳原子;與金屬電極相比，碳酸根離子在石墨電極上更容易被還原;析出碳與石墨相比具有更高的電化學(xué)活性，碳膜對(duì)覆蓋的金屬電極起到一定的保

3、護(hù)作用，抑制其陽(yáng)極溶解;碳酸根離子在Ti絲、氧化Ti絲和Al絲電極上的陰極析出電位基本相同;但Li+離子的析出電位會(huì)由于碳鋰化合物和Li-Al合金的生成發(fā)生正移;隨著工作溫度和熔體中碳酸根離子濃度的增高，碳和碳鋰化合物的析出電位都有一定的正向移動(dòng)。
　　通過(guò)對(duì)Ti和304不銹鋼基體進(jìn)行氧化、電脫氧和碳沉積，可以在其表面分別制備附有Ti-O-C和Cr-O-C過(guò)渡層的碳膜;碳膜是由連接緊密的微米尺寸的碳顆粒組成，其物相組成為石墨和無(wú)定

4、形碳;過(guò)渡層實(shí)現(xiàn)了從基體到碳膜之間成分和結(jié)構(gòu)上的過(guò)渡，有效增加了碳膜與基體之間的結(jié)合力。這種方法可以推廣到其它可以與氧、碳形成固溶體的金屬或合金上，制備附有金屬-氧-碳過(guò)渡層的碳膜。
　　在碳膜沉積過(guò)程中，碳顆粒逐層生長(zhǎng);每一層碳顆粒都是以下面一層為基體進(jìn)行形核、長(zhǎng)大;最后，在基體上形成了具有顆粒尺寸梯度變化的碳膜;沉積碳膜表面顆粒尺寸隨基體單位面積上消耗的電量即碳的沉積量增加而增大。隨著熔體中碳酸根離子濃度和工作溫度的升高，碳在