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【簡(jiǎn)介】
1前言
電鑄技術(shù)具有極好的復(fù)制精度和仿真性，能進(jìn)行超精密加工，主要用于制取各種難以用機(jī)械加工方法制得的或是加工成本很高的零件。最近幾年，該技術(shù)被應(yīng)用于制造宇航、原子能、光學(xué)設(shè)備、微機(jī)械等領(lǐng)域的某些微小零件，相對(duì)于其它精密加工技術(shù)，具有精度高、無(wú)切削力等特點(diǎn)，使得其在這類零部件的制造中受到高度重視并得以深入研究[l-2]。
在電鑄精密零件時(shí)，作為零件材料的金屬沉積層應(yīng)當(dāng)具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐蝕性和良好的韌性，尤其是合金沉積層的內(nèi)應(yīng)力要低，否則在電沉積過(guò)程中電鑄層開裂或脫模后電鑄層變形，都會(huì)影響零件制品的精度和成品率。
電鑄鎳鈷合金時(shí)，采用硫酸鹽體系具有成本低、藥品容易獲得等優(yōu)點(diǎn)，但內(nèi)應(yīng)力較大使其應(yīng)用范圍受到較大限制。因此，有必要探討一下內(nèi)應(yīng)力的影響因素。
2實(shí)驗(yàn)
基本鍍液組成為：200～
內(nèi)應(yīng)力采用薄片陰極彎曲法[3]測(cè)定，陰極采用80．
P=E×T2×Z`／(3t×L2)
式中尸為鍍層內(nèi)應(yīng)力，Pa；E為陰極彈性模量，Pa；T為陰極厚度，mm；Z`為陰極下端偏移量，mm；t為鍍層厚度，mm；L為陰極長(zhǎng)度，mitt。
3結(jié)果與討論
3．1鈷離子質(zhì)量濃度的影響
圖l為鍍液中鈷離子質(zhì)量濃度對(duì)電鑄層內(nèi)應(yīng)力的影響。由圖1可知，鈷離子質(zhì)量濃度越高，電鑄層內(nèi)應(yīng)力越大，且系拉應(yīng)力。這種應(yīng)力可以認(rèn)為是兩個(gè)球形粒子為了降低表面能而彼此結(jié)合，形成一個(gè)大的球形粒子而產(chǎn)生的。由于析出原子處于高溫狀態(tài)，在隨后的擴(kuò)散和結(jié)晶過(guò)程中借助鍍液或襯底而冷卻：當(dāng)這些受熱原子最終在襯底上得到冷卻時(shí)，由于彼此的熱膨脹系數(shù)差引起所謂的熱錯(cuò)配。隨著鍍液中鉆離子質(zhì)量濃度的增加，鍍層中鈷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，晶體生長(zhǎng)中三維晶粒尺寸就越大，而尺寸大的兩個(gè)球形粒子結(jié)合所形成的熱錯(cuò)配要比尺寸小的球形粒子結(jié)合形成的熱錯(cuò)配大得多。因此，合金元素鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加會(huì)導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力的升高。
圖1鈷離子質(zhì)量濃度對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響
Figure l Influence of C02+concentration on inner stress
3．2電流密度的影響
圖2為電流密度對(duì)電鑄層內(nèi)應(yīng)力的影響。
由圖2可知，當(dāng)電流密度小于
有關(guān)文獻(xiàn)[4]顯示，電鑄層的點(diǎn)陣與基體材料點(diǎn)陣間常存在錯(cuò)配現(xiàn)象，因而電鑄層的點(diǎn)陣易于發(fā)生畸變。點(diǎn)陣的錯(cuò)配和畸變，將給電鑄層引入應(yīng)力；基體材料的性能也會(huì)影響電鑄層的應(yīng)力。電鑄層中錯(cuò)配的程度，取決于基體金屬表面的特性。鎳的晶格常數(shù)為3．
3．3溫度的影響
圖3為溫度對(duì)電鑄層內(nèi)應(yīng)力的影響。
圖3溫度對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響
Figure 3 Influence of temperature on inner stress
由圖3可知，隨電鑄溫度的升高，電鑄層的內(nèi)應(yīng)力減小，而溫度升高則電鑄層中鈷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。根據(jù)上述晶格錯(cuò)配理論，可以解釋此現(xiàn)象。
3．4 pH的影響
電鑄液的pH可以影響氫的放電電位、堿性?shī)A雜物的沉淀，還可以影響配合物或水合物的組成以及添加劑的吸附程度。但是，對(duì)各種因素的影響程度一般無(wú)法預(yù)見。電鑄過(guò)程中，若pH增大，則陰極效率比陽(yáng)極效率高；pH減小則反之，且pH過(guò)低時(shí)不易結(jié)晶。因此，本實(shí)驗(yàn)中電鑄液pH的試驗(yàn)范圍為2．0～5．0。圖4為pH與鍍層內(nèi)應(yīng)力的關(guān)系。
圖4 pH對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響
Figure 4 Influence of pH oli inner stress
由圖4可知，pH<3．0時(shí)，應(yīng)力隨pH的降低而增加。因?yàn)榇藭r(shí)pH越低，陰極效率就越低，即析氫作用越嚴(yán)重，而析出的氫可能以原子或分子形式夾雜在鍍層中，氫在金屬中的擴(kuò)散性很好，能迅速溢出而形成H2，氫的溢出將導(dǎo)致鍍層收縮，從而形成拉應(yīng)力。當(dāng)pH>4時(shí)，應(yīng)力又隨pH的升高而增大。這是因?yàn)?SPAN lang=EN-US>pH的升高可能會(huì)導(dǎo)致溶液中氫氧化物沉淀增多，進(jìn)而引起鍍層中氫氧化物的夾雜，即導(dǎo)致應(yīng)力增大。當(dāng)pH在3．0～4．0之間時(shí)，內(nèi)應(yīng)力有一個(gè)區(qū)間極值，此時(shí)的內(nèi)應(yīng)力可能是由氫析出和氫氧化物夾雜共同作用引起的，而兩者共同作用的結(jié)果可能消除了一部分內(nèi)應(yīng)力，因此，此pH區(qū)間內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力相對(duì)較小。
3．5添加劑的影響
當(dāng)需要提高電鑄層的硬度時(shí)，往往加入一定量的添加劑；但是，添加劑在提高硬度的同時(shí)也會(huì)給內(nèi)應(yīng)力帶來(lái)影響。本文所用添加劑為含有不飽和基團(tuán)的有機(jī)物。圖5為添加劑質(zhì)量濃度對(duì)電鑄層內(nèi)應(yīng)力的影響。首先說(shuō)明一點(diǎn)：當(dāng)鍍液不存在添加劑時(shí)，所得電鑄層表現(xiàn)出一定的拉應(yīng)力。
圖5添加劑質(zhì)量濃度對(duì)內(nèi)應(yīng)力的影響
Figure 5 Influence of additive concentratioILon inner stress
由圖5可知，當(dāng)添加劑質(zhì)量濃度低于0．2g／L時(shí)仍為拉應(yīng)力，高于0．5g／L時(shí)變?yōu)閴簯?yīng)力，而在0．2～0．5g／L之間時(shí)，內(nèi)應(yīng)方則完全被消除了。由此可見，添加劑質(zhì)量濃度在0．2～0．5g／L之間時(shí)，在顯著提高電鑄層硬度的同時(shí)，還具有消除電鑄層內(nèi)應(yīng)力的作用。
4結(jié)論
(1)內(nèi)應(yīng)力隨鈷離子質(zhì)量濃度的增加而升高，但隨溫度的升高而降低。
(2)內(nèi)應(yīng)力隨電流密度的增大先升高后降低，在
(3)添加劑質(zhì)量濃度在0．2～0．
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