碳膜具有许多优异的物理化学性能,如高硬度、高耐磨性、高电阻率、高热导率、低摩擦系数、化学惰性、抗腐蚀性、光学透过性等,因而广泛用于机械、电子、光能、航空航天、生物医学等领域。比较常用的制备碳膜方法是物理气相沉积和化学气相沉积。虽然气相沉积制备的碳膜也具有良好的物理化学性质,但是由于沉积过程中碳膜基体的温度过高,碳膜中残余热应力较大,导致碳膜易从基体上剥落。另外,气相沉积需要的设备复杂并且价格昂贵,且碳沉积速度较慢。尽管熔盐电化学方法沉积碳膜没有气相沉积方法技术成熟,但是其具备设备简单,碳沉积速度较快等优点。较低温度的熔盐介质对碳膜和基体还能起到一定的退火作用,有利于消除碳膜残余热应力,提高碳膜和基体之间的结合力。根据碳沉积过程发生的电化学反应,熔盐电沉积法还可分为阳极沉积和阴极沉积。阴极还原得到的碳膜主要为sp2杂化形式的碳;而阳极氧化获得的碳膜具有较高的sp3成分。由于阳极氧化沉积碳膜工艺要求更严格,在金属基体上形成连续碳膜的难度较大,相关工作也鲜少文献报导。本文以CaC2为碳源,采用熔盐阳极氧化在Ni、Cu和Ti基体上沉积碳膜。通过两步恒电位阳极氧化电沉积的方法快速地制备附着力良好的连续碳膜,并对碳膜进行表征;对电化学沉积碳膜的阳极过程、碳膜的生长机理、以及电沉积的工艺条件对碳膜微观结构的影响进行了研究。得到的主要结果如下:(1)在LiCl-KCl-CaCl2-CaC2的熔盐体系中,C22-离子可以在石墨、Ni、Cu、Ti电极上发生阳极氧化生成碳原子。与石墨电极相比,C22-离子在Ni、Ti和Cu电极上氧化电位更负。沉积C可以与Ni和Ti两种基体金属形成碳-金属固溶体,对阳极沉碳的电极过程起到去极化作用;金属Cu电极对C22-离子的阳极氧化反应具有催化作用,使C22-离子的氧化沉积电位比石墨电极负移0.2V。(2)采用两步恒电位阳极氧化沉积法可以快速地在Ni基体上生成具有Ni-C固溶体过渡层的连续碳膜。碳膜是由相互堆积紧密的类圆形薄片构成二次碳颗粒组成,其物相为石墨和无定型碳的混合相;延长第二阶段的沉积时间,沉积碳颗粒的尺寸会逐渐增大,碳膜与基体的附着力开始下降。(3)金属Cu基体不能与C形成碳化物或固溶体,难以在碳膜和金属基体之间形成含碳过渡层,导致碳膜与基体的结合强度较弱。先在Cu基体表面利用化学镀或电镀制备Ni中间层,然后电化学沉积碳膜,可以得到连续,均匀,附着力良好的碳膜。(4)金属Ti电极上的C22-离子氧化电位与钛阳极溶解电位十分相近,难以直接在钛基体上通过阳极氧化沉积碳膜。但是,在Ti基体上制备Ni中间层,然后再沉积碳膜,可以得到附着力良好的连续致密碳膜。