无掩模定域性电沉积微镍柱工艺研究

无掩模定域性电沉积技术是一种以增材制造方式进行电化学沉积的先进制造方法。用定域性电沉积方法沉积微镍柱结构,通过实体显微镜和扫描电镜观察微镍柱沉积高度、直径及微观形貌,并根据测量结果计算平均沉积速率,设计双因素实验研究脉冲电压、电解液浓度、添加剂及电极间隙对定域性电沉积微镍柱的影响。结果表明:微镍柱平均直径及平均沉积速率随脉冲电压增大均快速增大,脉冲电压大于4.0V时微镍柱更为致密,但表面弯曲且粗细不均;不同脉冲电压下,改变电解液浓度产生的影响不同,主要影响微镍柱沉积速率及表面形貌;添加剂(PPS-OH)使微镍柱表面形貌变得光滑平整、光亮度增加,微镍柱平均直径及沉积速率随添加剂含量增大而减小;电极间隙主要影响微镍柱沉积形态及沉积速率,电极间隙大于10μm时沉积得到的微镍柱逐渐呈现圆锥状,平均沉积速率减小明显。当脉冲电压4.2V、氨基磺酸镍含量300g/L、添加剂(PPS-OH)含量0.5g/L及电极间隙10μm时,无掩模定域性电沉积得到的微镍柱形状规整、粗细均匀且表面光滑平整。

磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响

目的研究有无磁场条件和垂直、平行两种磁场方向对脉冲电沉积制备Ni-ZrO2纳米复合镀层性能的影响。方法以45#钢作为基体,采用脉冲电沉积和磁场-脉冲电沉积法成功制备Ni-ZrO2纳米复合镀层。利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)观察纳米复合镀层的表面形貌、微观结构和表面粗糙度,利用显微硬度计、划痕仪、摩擦磨损试验机对纳米复合镀层进行显微硬度、结合力和摩擦磨损性能等力学性能研究。结果相同工艺条件下,垂直磁场-脉冲电沉积条件制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层的晶粒形状为金子塔状,镀层表面粗糙度有所改善,复合镀层显微硬度值最高,为370HV。平行磁场-脉冲电沉积条件下制备的Ni-ZrO2纳米复合镀层表面平整,均匀致密,复合镀层中Zr的质量分数为8.27%,表面粗糙度Ra和Rq值分别为82nm和105nm,镀层结合力为337N,磨损量低于其他两种镀层的磨损量。结论施加磁场后,在磁场MHD效应作用下,纳米复合镀层表面形貌平整,均匀致密,显微硬度提高,并且与基体结合性能和耐磨性都优于无磁场条件下制备的纳米复合镀层。平行方向磁场对Ni-ZrO2纳米复合镀层的力学性能有更明显的促进作用。

电沉积增材制造微镍柱的工艺研究

目的探究电沉积工艺参数对无掩模定域性增材制造微镍柱的微观形貌、直径和沉积速率的影响。方法采用尖锥形铂丝作为阳极、铜板作为阴极,电镀液从阳极和导流腔之间的微缝隙以射流方式流到阴极表面,电化学沉积增材制造微镍柱。采用体视显微镜和扫描电子显微镜对镍柱微观结构进行检测。通过单因素试验研究极间电压和初始极间距对微镍柱微观形貌、沉积速率和直径的影响规律。结果初始极间距为10μm、电压为3.8~4.4V时,可以制备出直径均匀、圆柱度较高的微镍柱;电压增至4.7V时,微镍柱形状不规则,常伴有分叉现象或呈瘤状沉积。极间电压从3.8V增加到4.7V时,微镍柱体积沉积速率由539μm~3/s增长至4159μm~3/s,直径由55μm增长至102μm。此外,当极间电压为4.1 V、初始极间距为20~40μm时,随着初始极间距的增大,微镍柱顶端从圆柱形逐渐转向锥形沉积。结论极间电压对微镍柱微观形貌、沉积速率和直径的影响明显,初始极间距主要影响微镍柱顶端的沉积生长形状。

无掩模定域性电沉积三维微结构的仿真研究

为研究基于喷射状态的无掩模定域性电沉积的最佳工艺参数,采用COMSOL Multiphysics仿真软件和实验研究无掩模定域性电沉积三维微结构过程中电流密度、极间距、脉冲占空比对沉积部件表面形貌和沉积速率的影响。结果表明,电流密度对沉积部件形貌、晶粒尺寸、内部气孔和沉积速率有很大影响,当电流密度超过4.5 A/dm^2,表面形貌和气孔急剧变差;占空比越小,定域性越好,沉积的圆柱直径越小,极间距为5μm时,可得到均匀的沉积层。通过正交实验优化得到的工艺参数为:电流密度3.5 A/dm^2,极间距5μm,占空比10%。

脉冲电压幅值与电解液流动状态对无掩模定域性电沉积微镍柱的影响

为探究脉冲电压幅值与电解液流动状态对无掩模定域性电沉积微镍柱的影响,采用体视显微镜和扫描电子显微镜SEM对电沉积的微镍柱进行观察、检测,并计算了平均沉积直径和速率。在实验的基础上通过控制变量法研究了脉冲电压幅值与电解液流动状态对沉积微镍柱平均直径、平均沉积速率和表面形貌的影响。研究表明,当脉冲电压幅值在3.8~4.4 V时,电压幅值越大,微镍柱沉积速率越大,表面形貌越粗糙;平均沉积直径和速率会随电解液流动状态变化而发生改变,当流量在0.025~0.25 mm^(3)/s时,沉积速率随电解液流量的增加而加快;电压由3.8 V增至4.4 V时,液滴、微液滴和微射流状态下微镍柱沉积直径增大,冲击射流状态下微镍柱直径则先增大后减小且微镍柱顶部呈明显的尖锥状并在镍柱周边存在"毛刺";微镍柱的表面形貌随电解液流动状态的不同而不同,大流量喷射(0.25 mm^(3)/s)条件下,微镍柱表面更平整、致密。