陳 勇 余 斌 郝光亮

(1.鄭州四維機(jī)電設(shè)備制造有限公司,河南鄭州 450001; 2.平煤股份六礦北山工區(qū),河南平頂山 467091;3.海克斯康測(cè)量技術(shù)有限公司,山東青島 266011)

引言

電鑄工藝中，諸多參與要素可能影響電鑄層的形貌質(zhì)量、顯微織構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力、結(jié)合強(qiáng)度和性能等。比如，鍍液中氯離子濃度，鍍液pH值，陰極電流密度，金屬離子雜質(zhì)等。然而，基底(芯模)材質(zhì)很少被關(guān)注，有關(guān)其對(duì)電鑄層形貌和結(jié)構(gòu)狀況影響的研究亦鮮見(jiàn)報(bào)道。本文采用沖液電沉積工藝制備金鑄層，并研究基底材質(zhì)對(duì)電鑄層結(jié)構(gòu)、內(nèi)應(yīng)力及結(jié)合強(qiáng)度的影響。

1 試驗(yàn)

鍍液組分為 ：AuCl310g/L，K3C6H5O7·H2O 100g/L，C8H4KO12Sb2·3H2O 0.2g/L，(NH4)2SO3180g/L，pH10。電鑄工藝條件為：鍍液溫度55℃，陰極電流密度0.5A/dm2，沖液速度1.3m/s。陽(yáng)極為金板，陰極為紫銅片和不銹鋼片。為單純研究基底材質(zhì)對(duì)電鑄層內(nèi)應(yīng)力及結(jié)合強(qiáng)度的影響，盡可能消除非處理因素對(duì)研究結(jié)果的干擾，電鑄前嚴(yán)格過(guò)濾電解液數(shù)次，同時(shí)對(duì)兩種基底均作如下處理：(1)粗磨、精磨；(2)超聲清洗去油污；(3)稀HCl溶液中浸洗約5分鐘；(4)稀NaOH溶液中浸洗約5分鐘；(5)去離子水漂洗數(shù)次；(6)真空干燥。

以紫銅基底為例，測(cè)定結(jié)果顯示，處理后表面狀況良好，粗糙度約0.2μm，可滿足結(jié)合力適中要求。

電鑄試驗(yàn)分兩組進(jìn)行，通過(guò)調(diào)整時(shí)間，控制電鑄層厚度約為250μm。第一組：電鑄結(jié)束后，設(shè)法分離電鑄層與基底，于室溫中靜置約72h，用可視化工具測(cè)量顯微鏡和掃描電子顯微鏡分別觀測(cè)變形情況及微觀結(jié)構(gòu)，用非接觸式表面三維形貌儀測(cè)試表面平整度，并用數(shù)字式智能硬度計(jì)測(cè)定顯微硬度。第二組：電鑄結(jié)束不分離鑄層，清洗后用銼刀試驗(yàn)法檢驗(yàn)電鑄層與基底的結(jié)合強(qiáng)度。

2 電鑄層微觀結(jié)構(gòu)

圖1所示為基于不同材質(zhì)基底電沉積的兩種電鑄層微觀結(jié)構(gòu)。可以看出，前者組織較致密，但表面略顯粗糙且存在少量針孔、積瘤缺陷；后者雖無(wú)針孔缺陷，但存在雜亂排布且形態(tài)各異的大積瘤，呈現(xiàn)出稀松狀組織結(jié)構(gòu)。綜合而言，采用不銹鋼基底有利于獲得形貌良好、結(jié)構(gòu)緊致的電鑄層。

圖1 電鑄層的微觀結(jié)構(gòu)

圖2 采用不同材質(zhì)基底制備的電鑄層靜置后變形情況：

圖3 紫銅基底電鑄層中心與邊緣翹曲形貌圖

圖4 不銹鋼基底電鑄層中心與邊緣翹曲形貌圖

3 電鑄層內(nèi)應(yīng)力

如圖2，靜置后兩種電鑄層均呈現(xiàn)出向內(nèi)卷曲變形。所不同的是，前者卷曲程度較輕(對(duì)比二者光照區(qū)域面積可知)。進(jìn)一步測(cè)試因變形造成的平整度誤差(電鑄層中心與邊緣)發(fā)現(xiàn)，前者僅為2.8μm，而后者高達(dá)36μm，見(jiàn)圖3、圖4。與此同時(shí)，對(duì)兩種電鑄層的顯微硬度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，前者為229.9HV，較后者的252.5HV明顯降低。這間接反映出基于紫銅基底制備的電鑄層內(nèi)應(yīng)力較小。

4 電鑄層與基底結(jié)合強(qiáng)度

夾持電鑄層于臺(tái)鉗上，用粗齒扁銼與鑄層呈45°夾角沿鋸斷面方向往復(fù)銼動(dòng)(從基底銼向電鑄層)發(fā)現(xiàn)，紫銅基底與電鑄層結(jié)合緊密且不受磨銼力的影響；而不銹鋼基底上的電鑄層，施加輕微磨銼力即呈現(xiàn)脫落跡象，表明結(jié)合強(qiáng)度差。

5 結(jié)論

采用表面狀況良好的紫銅基底有利于制備出結(jié)構(gòu)緊致、內(nèi)應(yīng)力低、結(jié)合強(qiáng)度高的電鑄層。

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