工藝條件對沖液電鑄微結(jié)構(gòu)粗糙度及形貌的影響

葛魯波， 溫 瑞

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315012）

工藝條件對沖液電鑄微結(jié)構(gòu)粗糙度及形貌的影響

葛魯波， 溫 瑞

（浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315012）

采用沖液電鑄工藝制備金屬微結(jié)構(gòu)，研究了陰極電流密度和沖液速率對微結(jié)構(gòu)粗糙度及形貌的影響。結(jié)果表明：粗糙度隨陰極電流密度的增加（0.5～1.3A/dm2）而增大，但隨沖液速率的提高（0.2～1.3m/s）而減?。魂帢O電流密度和沖液速率均對微結(jié)構(gòu)的形貌有明顯影響，當(dāng)陰極電流密度為0.5A/dm2且沖液速率為1.3m/s時(shí)，微結(jié)構(gòu)的形貌質(zhì)量最優(yōu)。

工藝條件；沖液；粗糙度；形貌

0 前言

粗糙度是電鑄層或電鑄件表面狀況的描述參量，也是評價(jià)形貌質(zhì)量的重要指標(biāo)，對電鑄層或電鑄件的本征性能及結(jié)構(gòu)功能有直接影響。在電沉積過程中，工藝條件（如陰極電流密度、電解液溫度和組分、攪拌速率、添加劑等）對沉積層的粗糙度及形貌有一定影響。在這方面，已有部分研究報(bào)道。朱曉東等［1］考察了電解液流速、陰極電流密度和鍍層厚度對高速鍍鋅層粗糙度及形貌的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：粗糙度隨電解液流速的加快呈減小趨勢，隨陰極電流密度的增加呈先減小后增加的趨勢。萬等［2］對比分析了陰極電流密度和潤濕劑對鍍鎳層粗糙度及形貌的影響。結(jié)果表明：增加陰極電流密度能顯著增大粗糙度。劉婷等［3］研究了重力系數(shù)對超重力場中電鍍鎳箔粗糙度的影響。此外，文獻(xiàn)［4］也報(bào)道了88系列添加劑對高速鍍鋅層粗糙度及形貌的影響。

然而，上述研究均針對宏觀沉積層，有關(guān)工藝條件對微細(xì)電鑄件粗糙度及形貌影響的研究尚鮮見報(bào)道。本文研究了陰極電流密度和沖液速率對沖液電鑄微結(jié)構(gòu)的粗糙度及形貌的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

陽極為金板，陰極為涂覆有特定微圖形結(jié)構(gòu)的膠膜。

1.2 電解液配方及工藝條件

AuCl310g/L，K3C6H5O7· H2O 80～120 g/L，C8H4KO12Sb2· 3H2O 0.1 ～ 0.3g/L，（NH4）2SO3150～200g/L，pH 值8～11，沖液速率0.2～1.3m/s，0.5～1.3A/dm2，55℃。

1.3 性能檢測

用MicroXAMTM 3DProfiler型非接觸式表面三維形貌儀（美國ADE Phase-shift公司制造）測試微結(jié)構(gòu)的粗糙度。用Mitutoyo型可視化工具測量顯微鏡（日本三豐公司制造）觀察微結(jié)構(gòu)的形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 陰極電流密度的影響

固定沖液速率為1.3m/s，研究陰極電流密度對微結(jié)構(gòu)粗糙度的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖1所示。由圖1可知：當(dāng)陰極電流密度為0.5A/dm2時(shí)，粗糙度最低，為17μm；隨著陰極電流密度由0.5A/dm2增加至1.3A/dm2，粗糙度呈明顯增大的趨勢；當(dāng)陰極電流密度為1.3A/dm2時(shí)，粗糙度高達(dá)28.5 μm。其原因?yàn)椋阂环矫?，陰極電流密度的增加為晶粒的團(tuán)聚提供了充足的能量，容易形成粗大的微粒團(tuán)，導(dǎo)致晶粒分布散亂，組織稀松，表面高低起伏［5］；另一方面，可能出現(xiàn)沉積面臨近液層中嚴(yán)重缺乏放電金屬離子的情況，致使電極過程液相傳質(zhì)受限的可能性增大，氫氣產(chǎn)生量增多且難以及時(shí)徹底排離，因而孔隙率升高，粗糙度增大。

圖1 陰極電流密度對微結(jié)構(gòu)粗糙度的影響

圖2為陰極電流密度對微結(jié)構(gòu)形貌的影響。由圖2可知：低陰極電流密度下制備的微結(jié)構(gòu)幾乎無針孔等缺陷，表層較平整、光亮；隨著陰極電流密度的增加，缺陷數(shù)量有所增多；尤其當(dāng)陰極電流密度為1.3A/dm2時(shí)，明顯可見一定數(shù)量的針孔不規(guī)則地集存于表面及側(cè)壁，在一定程度上惡化了形貌質(zhì)量。由此可知，陰極電流密度對微結(jié)構(gòu)的形貌質(zhì)量也有明顯影響。

2.2 沖液速率的影響

固定陰極電流密度為0.5A/dm2，研究沖液速率對微結(jié)構(gòu)粗糙度及形貌的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分別如圖3和圖4所示。結(jié)合圖3和圖4可知：隨著沖液速率由0.2m/s增至1.3m/s，粗糙度相應(yīng)地從37 μm降至17μm，并且大針孔缺陷顯著減少，表面光澤度明顯提高。其原因?yàn)椋簺_液速率低時(shí)，傳質(zhì)過程進(jìn)行緩慢，陰極面周圍消耗的金屬離子難以及時(shí)足量補(bǔ)充，造成較嚴(yán)重的濃差極化，致使針孔、積瘤等缺陷多，粗糙度大；隨著沖液速率的加快，擴(kuò)散層減?。?］，傳質(zhì)狀況改善，沉積缺陷減少，組織致密性提高，粗糙度降低。

圖2 陰極電流密度對微結(jié)構(gòu)形貌的影響

圖3 沖液速率對微結(jié)構(gòu)粗糙度的影響

圖4 沖液速率對微結(jié)構(gòu)形貌的影響

3 結(jié)論

（1）在其他條件相同的前提下，增加陰極電流密度（0.5～1.3A/dm2）會增大粗糙度，但提高沖液速率（0.2～1.3m/s）會降低粗糙度。

（2）陰極電流密度和沖液速率均對微結(jié)構(gòu)的形貌有明顯影響，當(dāng)陰極電流密度為0.5A/dm2且沖液速率為1.3m/s時(shí)，微結(jié)構(gòu)的形貌質(zhì)量最優(yōu)。

：

［1］朱曉東，李寧，黎德育，等.高速電鍍鋅工藝對鍍層粗糙度及微觀形貌的影響［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2005，15（1）：145-151.

［2］萬珺，盛曉波，董寅生.電流密度和潤濕劑對Ni鍍層組織與形貌的影響［J］.表面技術(shù)，2005，34（5）：43-45.

［3］劉婷，郭占成，王志，等.超重力條件下電沉積金屬鎳的結(jié)構(gòu)與性能［J］.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2008，18（10）：1 858-1 863.

［4］朱曉東，李寧，黎德育，等.88系列添加劑對高速鍍鋅層質(zhì)量的影響［J］.電鍍與環(huán)保，2005，25（5）：6-8.

［5］辜敏，黃令，楊防祖，等.攪拌條件下電流密度對Cu鍍層的織構(gòu)和表面形貌的影響［J］.應(yīng)用化學(xué)，2002，19（3）：280-284.

［6］SAGIYAMA M，KAWABE M，WATANABE T.Effects of electrolysis and bath conditions on the surface roughness，morphology and crystal orientation of zinc electrodeposit［J］.Journal of the Iron and Steel Institute of Japan，1990，76（8）：1 301-1 305.

Ⅰnfluence of Technological Conditions on the Roughness and Morphology of Metal Microstructure Prepared by Flushing Electrodeposition

GE Lu-bo， WEN Rui
（Zhejiang Business Technology Institute，Ningbo 315012，China）

The metal microstructure was prepared by flushing electrodeposition，and the effects of cathode current density and flushing speed on its roughness and morphology were investigated.The results show that the roughness increases as the cathode current density goes up（0.5～1.3A/dm2），but decreases as the flushing speed increases（0.2～1.3m/s），and cathode current density and flushing speed both have an obvious effect on the surface morphology.When the cathode current density and flushing speed are 0.5A/dm2and 1.3m/s respectively，the electrodeposited microstructure possesses optimal morphology quality.

technological condition；flushing electrolyte；roughness；morphology

TQ 153

A

1000-4742（2013）01-0007-03

2011-12-12