一种阴极辊的制备方法与流程

本发明涉及阴极辊，具体涉及一种阴极辊的制备方法。

背景技术：

1、铜箔是电子工业的基础材料，也是制作印制电路板、覆铜板和锂电池的主要原材料。铜箔的制备方法主要有压延法和电解法，其中，电解法生产铜箔是一种高效的主流生产方法。

2、电解铜箔的制备原理是：在电解槽内安装阴极辊作为阴极，并以不溶性材料作为阳极，然后阴极辊浸入电解液中，通电后，电解液中的铜沉积到辊筒表面形成铜箔。阴极辊是生产电解铜箔的关键设备和部件，一般来说，阴极辊的结构包括阴极辊基体和包裹基体的外筒，外筒一般为工业纯钛材料，其晶粒度要达到8级或8级以上非常困难。

3、专利文献cn113351871b提出了一种金属复合层及其制备方法和无缝阴极辊及其制备方法，在阴极辊基体的表面采用粉末固态累沉积法依次沉积金属铜、银和钛，形成含有铜层、银层和钛层的复合金属层。该方法工艺简单高效，加工周期短，无焊缝、表面开裂起皮和花斑现象，服役性能稳定，使得制备得到的无缝阴极辊导电均匀，制备成本低、制备尺寸不受限。这个方法制备的无缝阴极辊存在表面微观晶粒大小一致性差、机械性能降低的问题，从而导致电流在阴极辊表面不能均匀分布，造成覆于其上的铜箔毛面的粗糙面凹凸不均匀，影响铜箔性能，基于此，本发明提供了一种极辊的制备方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种阴极辊的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、本发明提供了一种阴极辊的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、利用冷喷涂工艺在阴极辊基体的表面依次沉积金属铜、金属钛；

5、s2、对金属钛涂层进行喷丸处理。

6、优选地，所述喷丸处理包括玻璃丸、陶瓷丸、不锈钢丸中的一种或组合；所述喷丸的直径为5～100μm；喷丸压力0.8～2.5mpa。

7、优选地，铜涂层的厚度为1～5000μm；铜涂层的晶粒度≥10级；钛涂层的厚度为500μm。

8、优选地，所述s1沉积之前对阴极辊基体进行预处理，预处理采用高能束热处理。

9、优选地，所述高能束包括激光束、电子束、离子束、电火花、超高频感应冲击、太阳能和同步辐射。

10、优选地，冷喷涂工艺的稳态喷射压力为1～3mpa，稳定的喷射温度为0～700℃，气流速率为1～2m/min，粉末喂入速率为5～15kg/hr，喷射距离为10～50mm，铜粉末尺寸为1～50μm，工作气氛为空气、氮气或氦气。

11、优选地，所述喷丸处理还进行热改进处理；具体的改进方法为：

12、将喷丸处理的阴极辊浸入到足量的改性液中超声改性处理，改性结束，水洗、干燥，再于210-220℃下热处理5-10min，然后以1-3℃/min的速率冷却至145℃，保温10min，最后空冷至室温。

13、采用改性液超声改性喷丸处理的阴极辊，优化阴极辊结构体活性度，便于产品在后续的210-220℃下热处理5-10min，然后以1-3℃/min的速率冷却至145℃，保温10min的热改进处理中结构体细化，从而增强产品的性能效果。

14、优选地，所述超声改性处理的超声功率为350-400w，超声时间为20-30min。

15、优选地，所述改性液的制备方法为：

16、将3-5份质量分数5-10％的十二烷基苯磺酸钠溶液、1-3份硅烷偶联剂kh560加入到4-7份壳聚糖溶液中，随后再加入2-4份氧化钇、1-3份尿素共混充分得到改性液。

17、冷喷涂铜层的致密度高、气孔率低、导电性能好，该涂层抗腐蚀性能好、抗氧化性能好，能够有效避免因腐蚀、高温、氧化导致的结晶化不均匀现象，从而获得成分均匀、晶粒大小一致性高的阴极辊涂层，这种阴极辊更有利于生长出晶粒细小、超薄韧性的箔材。

18、优选地，所述壳聚糖溶液的质量分数为2-5％。

19、其次，与传统的阴极辊外筒的制造方法相比，冷喷涂是一种低温涂层制备技术，能够有效避免因高温成型技术导致的晶粒长大现象；并且，涂层形成过程中的机械咬合、严重塑性变形和动态再结晶还能够进一步使涂层的微观组织实现晶粒细化，从而使最终制备得到的阴极辊外筒的晶粒较为细腻，进而通过该阴极辊得到的铜层就容易形成晶粒细小、超薄韧性的箔材。

20、再者，冷喷涂法指在常温下或较低的温度下，由超音速气、固两相气流将涂层粉末击射到基板形成致密涂层，由于工作气温度明显低于材料的熔点，因而不会出现传统工艺中材料熔化时的氧化和相变，从而能够有效避免因氧化导致的涂层厚度不均问题，进一步消除涂层中结晶化不均匀的现象。

21、最后，目前电解铜箔生产的主要设备是钛制阴极辊，钛制阴极辊的导电性能远低于铜制阴极辊，因此，导电性优异的冷喷铜涂层更有利于电解铜箔的高效制备。

22、并且，在使用过程中，现有钛制阴极辊很容易因为腐蚀、氧化等造成局部脱落、导电部位接触不良、接触电阻增大，从而会产生导电性能下降、辊面局部发热、铜箔出现花斑等现象，这会对电解铜箔产品的质量产生严重负面影响。冷喷涂铜涂层具有高致密度、高强度、高结合强度的特性，能够使阴极辊具备优异的抗腐蚀能力，并且该涂层不易脱落，具有优异的均匀导电性能；在与电解液长期接触的情况下，冷喷涂层还能够稳定长期的保持初始的、微观晶粒形状大小一致的涂层状态，在使用过程中能够较为持久的保持优良的导电性能，并保证电流在外筒表面的均匀分布，从而为生长出结晶细致且均匀的、性能优异的铜箔提供基础。

23、还有，在该阴极辊出现问题后需要对其进行维修，但维修此问题工程量大，并且风险很高，极易损坏阴极辊，甚至将阴极辊报废。冷喷涂涂层则不存在该问题，一方面是因为冷喷涂层稳定性高，另一方面是阴极辊冷喷涂层损耗后，可以采用该工艺进行高效维修，并且，维修后的阴极辊性能同样良好。

24、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

25、本发明采用冷喷涂技术在在阴极辊基体表面制备金属涂层，工艺流程简单、效率高；与传统的阴极辊外筒的制造方法相比，冷喷涂是一种低温涂层制备技术，能够有效避免因高温成型技术导致的晶粒长大现象，得到的阴极辊外筒的晶粒较为细腻，进而通过该阴极辊得到的铜层就容易形成晶粒细小、超薄韧性的箔材；冷喷涂铜层的致密度高、气孔率低、导电性能好，该涂层抗腐蚀性能好、抗氧化性能好，能够有效避免因腐蚀、高温、氧化导致的结晶化不均匀现象，从而获得成分均匀、晶粒大小一致性高的阴极辊涂层，这种阴极辊更有利于生长出晶粒细小、超薄韧性的箔材。

技术特征：

1.一种阴极辊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述喷丸处理包括玻璃丸、陶瓷丸、不锈钢丸中的一种或组合；所述喷丸的直径为5～100μm；喷丸压力0.8～2.5mpa。

3.根据权利要求1所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，铜涂层的厚度为1～5000μm；铜涂层的晶粒度≥10级；钛涂层的厚度为500μm。

4.根据权利要求1所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述s1沉积之前对阴极辊基体进行预处理，预处理采用高能束热处理。

5.根据权利要求4所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述高能束包括激光束、电子束、离子束、电火花、超高频感应冲击、太阳能和同步辐射。

6.根据权利要求1所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，冷喷涂工艺的稳态喷射压力为1～3mpa，稳定的喷射温度为0～700℃，气流速率为1～2m/min，粉末喂入速率为5～15kg/hr，喷射距离为10～50mm，铜粉末尺寸为1～50μm，工作气氛为空气、氮气或氦气。

7.根据权利要求1所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述喷丸处理还进行热改进处理；具体的改进方法为：

8.根据权利要求7所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述超声改性处理的超声功率为350-400w，超声时间为20-30min。

9.根据权利要求7所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述改性液的制备方法为：

10.根据权利要求9所述一种阴极辊的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖溶液的质量分数为2-5％。

技术总结本发明公开了一种阴极辊的制备方法，包括以下步骤：S1、利用冷喷涂工艺在阴极辊基体的表面依次沉积金属铜、金属钛；S2、对金属钛涂层进行喷丸处理，喷丸处理包括玻璃丸、陶瓷丸、不锈钢丸中的一种或组合；所述喷丸的直径为5～100μm；喷丸压力0.8～2.5MPa。本发明采用冷喷涂技术在在阴极辊基体表面制备金属涂层，工艺流程简单、效率高。技术研发人员：李羿含,李光平,兰海明,张科杰,黄仁忠,李星彤,赵阳受保护的技术使用者：湖北超卓航空科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6