基于阴极往复运动的TGV电铸铜实心填充工艺

玻璃通孔(TGV)转接板因其具有优良的高频电学特性,在先进封装领域受到广泛关注。然而随着TGV深宽比的不断增加,采用传统的阴极定轴旋转式电铸工艺,其填充难度与成本将随之提高。为实现高深宽比TGV的无缺陷填充,减少电铸耗时和成本,提出一种基于阴极往复运动的TGV无缺陷镀铜填充新工艺。在仿真和实验的基础上,系统研究了阴极运动方式对TGV孔内电铸液传质、离子浓度、填充速率的影响。仿真和实验结果均表明,采用阴极往复运动能有效地保证TGV孔内各处离子浓度分布的均匀一致性,减缓浓差极化,从而提高沉积速率及其上限值。在不含任何添加剂的体系中,同等沉积电位条件下平均填充速率从阴极定轴旋转式电铸工艺的6.1μm/h提高至9.2μm/h。当电位为0.5 V时,阴极往复运动方式下平均填充速率达到45.2μm/h,且电铸铜填充层中未发现孔隙缺陷。这为在无添加剂电铸铜体系中实现高深宽比TGV的无缺陷电铸铜填充提供了一种可行的低成本方案。

脉冲参数对电铸铜组织形态和硬度的影响

采用脉冲电源,酸性硫酸铜电铸液,研究脉冲电流密度和占空比对电铸层组织形貌及硬度的影响。结果表明,在80%占空比条件下,电流密度从3 A/dm2升高到5 A/dm2,铸层晶粒细化、平均硬度升高;而在电流密度为5 A/dm2情况下,占空比由50%提高到80%,铸层晶粒细化。在电流密度5A/dm2、占空比80%、频率200 H z条件下,可获得约600μm厚的细晶铸层,晶粒直径小于10μm。

阳极偏置法摩擦辅助硫酸盐电铸铜

为了将机械摩擦应用于药型罩的硫酸盐电铸铜,基于铜离子两步还原原理,提出了一种新摩擦辅助方式的电铸铜工艺。将阴极卧式放置,在阴极框内填充适量不导电游离微珠至芯模水平中线左右,同时阳极偏置于没有微珠的上部。电铸过程中,铜离子在正对阳极的较强电场区域先沉积,然后芯模的旋转使沉积层被微珠摩擦,从而改善了辅助摩擦的电沉积过程,避免毛刺的产生,提高电铸层质量。试验结果表明:在较低转速下可以更好地利用铜离子两步还原原理及阳极偏置法,让铜离子先沉积,再被硬质微珠摩擦,在无添加剂的硫酸盐溶液中得到表面平整的铜沉积层,同时电铸层的晶粒和微观组织得到细化和改善;当转速为5 r/min时,得到显微硬度为139 HV,抗拉强度为333 MPa的铜电铸层;当采用不溶性阳极时,可进一步增强电铸铜的机械性能,抗拉强度达到460 MPa.

电铸铜药型罩高速变形前后微观组织的观察以及变形机理的探讨

用透射电镜 (TEM)及电子背散射衍射 (EBSD)技术对电铸铜药型罩经爆破变形 (相对形变达 90 0 % ,形变速度达 1 0 4-1 0 7s- 1)前后的微观组织及内部晶粒的晶体取向分布进行了分析比较。实验结果表明电铸铜药型罩的高速变形过程是一个动态回复和动态再结晶过程。

电铸铜的应用研究

电铸铜能制造某些难以用机械加工方法制造的特殊形状的金属制品,只需针对零件结构的特点,设计合理心模,便可实现零件的精密成型制造。本文对电铸铜工艺及工艺条件的影响进行了浅析,并结合工艺对电铸槽等关键部件进行了阐述。

基于UV-LIGA工艺的酸性电铸铜溶液最优化配比

为了获得镀层平整、致密的金属铜结构,经过反复实验研究获得了电铸铜溶液的最优化配比。首先采用UV-LIGA工艺制作出SU-8胶膜微结构,其次以此光刻固化后的结构作为模具,进行电铸试验。通过对电镀参数的反复调整,获得效果最优的镀液配比分别为:CuSO4·5H2O的质量浓度为180 g/L,98%的H2SO4为70 g/L,纯度为37%的HCl是0.188 mL/L,光亮剂210A、210B、210C分别为0.4 mL/L、0.3 mL/L、4 mL/L。实验结果表明,电铸获得的模具镜面光亮、无分界、质量高。同时,对电镀方法进行了改进,选择在常温下进行电铸实验并加入超声波完成辅助机械处理,得到了高纯度的电铸铜层,铜的重量百分比达到了96.22%,铸层表面显微组织结构明显改善,大大改良了电铸层的力学性能及物理性能。

过程参数对悬浮微珠摩擦辅助脉冲电铸铜表面形貌的影响

为了改善传统酸性硫酸盐电铸铜的表面质量,提出了空心悬浮微珠摩擦辅助的脉冲电铸铜工艺。使空心微珠悬浮于卧式放置阴极上部,不断摩擦和撞击阴极表面,并结合脉冲电铸,提高电铸层表面质量。研究了脉冲频率、占空比、平均电流密度和阴极转速对摩擦辅助电铸铜表面形貌的影响。结果发现:在空心悬浮微珠的影响下,使用低脉冲频率、高占空比、较大的平均电流密度及较低的转速范围,更能发挥悬浮微珠的摩擦作用,细化晶粒。

电铸铜工艺与景观雕塑制作的相关性研究

通过正交试验研究了工艺参数对铸铜层性能的影响。结果表明:电铸铜工艺在景观雕塑制作领域有其独特优势。依据景观雕塑使用条件,在保证铸铜层硬度的前提下,确定了硫酸铜240g/L、硫酸60g/L、电流密度4A/dm^2、温度20℃为最佳的电铸铜工艺条件;在保证铸铜层拉伸强度的前提下,确定了硫酸铜220g/L、硫酸70g/L、电流密度6A/dm^2、温度20℃或30℃为最佳的电铸铜工艺条件;控制电流密度在6A/dm^2左右,铸铜层的硬度与拉伸强度良好。

摩擦辅助电铸铜的研究

为了改善电铸铜的质量与机械性能、提高电铸速率,在传统硫酸盐电铸铜技术的基础上,将阴阳两极之间填充满陶瓷球类的硬质粒子。在电铸过程中,阴极做回转运动,硬质粒子在阴极的带动下不断撞击和摩擦阴极表面。研究发现:在硬质粒子的摩擦辅助作用下,该电铸工艺能够采用较大的电流密度,制备的电铸铜层表面平整;同时还能够改善电铸铜层的微观组织、细化晶粒。当电流密度为15A/dm2时,制备的电铸铜层的显微硬度能够达到1 720MPa,抗拉强度能够达到336MPa,分别约为传统电铸铜层的2倍和5倍。

超声作用下的电铸铜微观结构与机械性能

为了改善电铸微细部件的机械性能,通过改变电铸工艺参数以及在电铸铜过程中引入超声场,得到具有不同微观结构特征的电铸铜材料.采用金相显微镜、扫描电子显微镜观察电铸铜层微观形貌,用X射线衍射分析铸层晶面择优取向,并用维氏硬度计和拉伸试验机分别测试电铸铜层机械性能.实验结果表明,超声作用下电铸和普通电铸得到的铜层表面均为(220)晶面择优取向,并且超声电铸铜层的择优取向程度更强.超声电铸铜层晶粒为细小柱状晶结构,与普通电铸铜相比,其抗拉强度和显微硬度均提高约30%.在电铸溶液中氯离子(Cl-)质量浓度为60mg/L时,铸铜层晶粒比其他Cl-质量浓度时晶粒更细小,抗拉强度和塑性也更高.在电铸过程中引入超声场能改善电铸铜层的微观结构,并提高电铸铜的机械性能.

超声处理方式对电铸铜层组织及性能的影响

通过采用不同的超声方式对电铸铜层进行处理,电铸过程中无超声(试样C1)、在电铸过程中超声(C2)、电铸后超声(C3)以及电铸后进行玻璃珠辅助超声(C4),获得了与普通电铸铜层相比结构更致密,抗拉强度更高的电铸铜层。并对不同超声方式下得到的电铸铜层进行微观形貌观察及拉伸性能的测试。结果表明:试样C2由于超声作用使电铸铜层晶粒细化,并抑制了晶粒过分生长,因而与C1相比其抗拉强度提高了23.8%;而电铸后超声对电铸铜微观结构及抗拉性能几乎没有影响;试样C4在玻璃珠的碰撞与摩擦作用下获得了具有纳米晶结构,抗拉强度与C1相比提高了65.2%。

精密电铸铜工艺在雕塑艺术中的应用

在我国文化体系不断完善背景下,雕塑艺术行业也得到快速发展,需要不断创新制作工艺。准确把握精密电铸铜工艺特点、优化工艺流程并将其合理应用于雕塑艺术中,可提高雕塑作品质量和丰富雕塑艺术的文化内涵。

退火工艺对电铸铜组织和织构的影响

采用SEM和EBSD研究了电铸铜在不同温度退火后的微观组织、晶粒取向以及特殊晶界的变化规律。结果表明:电铸铜退火前组织细小,平均晶粒尺寸约为2μm,随退火温度的升高,晶粒逐渐增大,650℃退火后,平均晶粒尺寸达到9.6μm;电铸铜主要存在{110}、{001}、{111}三种织构,{110}织构组分含量最多,退火处理有利于形成{001}织构,随退火温度的升高,{110}、{111}织构逐渐减少;电铸铜中存在大量分布取向差为60°的∑3共格孪晶界,电铸完成后,{001}晶粒相对较大,并且周围∑3晶界较少;较低温度退火时,{001}晶粒由于自身晶粒之间晶界易迁移而长大,在650℃退火时,大尺寸的{001}取向晶粒吞并周围其它取向晶粒而长大。

电铸铜制备小直径薄壁回转体零件

采用3D打印的圆柱体作为芯模电铸铜,得到小直径薄壁回转体零件。配方和工艺条件为:CuSO4·5H2O 200 g/L,浓硫酸60 g/L,Cl-0.05 g/L,pH 1,温度26℃,极间距3 cm,电流密度2~8 A/dm2,阴极表面线速率3.14~12.56 mm/s。研究了电流密度和阴极表面线速率对电铸铜表面形貌和显微硬度的影响。随电流密度或阴极表面线速率增大,电铸铜的晶粒得到有效细化,组织更均匀、致密,显微硬度先增大后减小。电流密度为4A/dm2,阴极表面线速率为9.42 mm/s时,电铸铜的表面形貌最好,显微硬度最高,所得回转体零件表面光滑、平整,厚度均匀。

酸性光亮电铸铜的工艺实践

介绍了一种在修复结晶器铜管基体上酸性光亮电铸铜工艺。研究了溶液成分和阴极电流密度对镀层性能的影响。镀铜溶液经一年的中试结果表明,镀液稳定且几乎不产生阳极泥,镀层呈光亮的紫红色,镀铜层与结晶器铜管基体的结合力良好。

硫酸铜浓度及电流密度的变化对游离微珠辅助磨电铸铜的影响

目的研究硫酸铜浓度及电流密度的变化对游离微珠辅助磨电铸铜电流效率和沉积层表面形貌、显微硬度的影响。方法使用立式阴极回转电铸设备进行单因素电铸试验,在硫酸铜质量浓度分别为40、80、120 g/L的条件下,将电流密度由1 A/dm^(2)增至4 A/dm^(2)进行试验。使用库仑计测量记录流经试验回路的电荷量,使用精密电子天平称取铜沉积层的质量,使用扫描电子显微镜观察铜沉积层的表面微观形貌,使用显微硬度计测量铜沉积层的显微硬度。结果硫酸铜质量浓度为40 g/L,电流密度由1 A/dm^(2)提高到4 A/dm^(2)时,沉积层的表面形貌逐渐趋于光滑平整,电流效率随着电流密度的增加先提高、后降低,在电流密度为2 A/dm^(2)时增至最高95.4%,在电流密度为4 A/dm^(2)时下降至最低92.7%。电流密度由1 A/dm^(2)提高到3 A/dm^(2)时,显微硬度由120.3HV增至最高139.8HV。电流密度为4 A/dm^(2)时,沉积层的表面粗糙度Ra最低,为0.19μm。硫酸铜质量浓度为80 g/L条件下,电流密度为4 A/dm^(2)时的沉积层表面最为平整,沉积层的表面粗糙度较低,为0.62μm。电流密度由1 A/dm^(2)提高到4 A/dm^(2)时,电流效率由94.1%增至最高97.2%,显微硬度由119.4HV增至最高146.3HV。硫酸铜质量浓度为120 g/L条件下,电流密度由1 A/dm^(2)提高到4 A/dm^(2)时,沉积层表面的毛刺逐渐变小,且数量也逐渐减少,电流效率由93.9%增至最高97.6%,显微硬度由117.3HV增至最高136.4HV。结论在一定条件下提高电流密度或降低硫酸铜浓度,均可改善沉积层的表面形貌,提高沉积层的显微硬度。游离微珠的运动磨削既可以改善沉积层的表面形貌,也可以改善沉积层内部的晶粒组织结构,提高沉积层的显微硬度,但微珠的运动会磨削掉沉积层表面微量的铜,降低电铸铜的电流效率。

脉冲电流对稀土电铸铜性能的影响

电铸是一种电沉积金属的工艺,有极高的复制精度和可重复性,适用于制造外观形状精密复杂的金属零件。本文分析了采用脉冲电源、稀土硫酸铜电铸液制备一定厚度的电铸铜时,脉冲电流密度和稀土添加剂对电铸层性能的影响规律,以及对铜金属基体晶粒显著细化作用,并分析了其影响机制。

脉冲占空比对稀土电铸铜性能的影响

分析了脉冲电流的占空比变化对稀土铜电铸层性能的影响。在实验中首先制备了稀土铜电铸液,并使用不同占空比的脉冲电流生产出了优质的稀土铜零件。铜电铸是一种先进的环保电沉积金属技术,在现代制造业中具有极高的复制精度,并且产品可以不断地重复生产使用,因而非常适用于制造复杂形状的精密金属零件及模具。得出了脉冲电流的占空比变化对稀土铜电铸层性能的影响。

电铸铜技术在工艺美术上的应用

如今,电铸技术已在工业中广泛运用,尽管它是一种十分有效的艺术品复制技术,但目前仍未受到雕塑艺术界足够的关注,发挥其应有的作用。笔者希望通过对电铸铜技术的历史、现状以及工艺特性的研究,以电铸铜技术在雕塑艺术中的应用为立足点,从电铸铜技术与其他雕塑材料相比较所独有的特性入手,以将材料的本体特性升华为雕塑艺术语言为目的,分析电铸铜技术作为雕塑艺术语言所展现的独特的艺术表现力,论述电铸铜技术通过教学进行推广和继续发展的无限空间,表现电铸铜技术的研究与探索对于雕塑艺术创作的作用和价值。