摘要
电铸制造工艺是通过使金属离子在阴极表面发生还原反应，转化为金属原子沉积到阴极表面，在阴极表面不断累积堆叠形成金属沉积层的一种工艺技术，属于电沉积的一种。传统电铸铜制造工艺得到的沉积层表面，有毛刺及凸起、针孔，力学性能较低、电沉积速度较低等缺陷。因此，本文基于游离微珠辅助磨电铸技术，研究试验中过程工艺参数的变化,对游离微珠辅助磨硫酸盐电铸铜沉积层表面微观形貌,及机械物理性能的影响。 本文设计了立式阴极回转电铸设备，主要包括阴极运动及导电部分、阳极挂具、游离微珠辅助磨电铸单元、电沉积单元、电铸液流动及温度控制部分。阳极挂具为钛合金材料制成的钛篮，固定阳极的同时方便装卸。游离微珠辅助磨电铸单元，是将微珠限定在一定范围内的圆形阳极筐，阳极筐内侧紧贴尼龙纱网可防止微珠漏出。 在电流密度为2A/dm2，硫酸铜浓度由40g/L增至120g/L时，电流效率随着硫酸铜浓度的增加先提高后降低，在硫酸铜浓度80g/L时增至最高95.6%，硫酸铜浓度120g/L时下降至最低95.1%。硫酸铜浓度由40g/L提高至120g/L，显微硬度由132.5HV降至124.6HV、抗拉强度由261.2MPa降至213.5MPa，延伸率由16.4%降至15.1%。电流密度为4A/dm2时，电流效率随着硫酸铜浓度的增加逐渐提高，由92.7%增至最高97.6%。硫酸铜浓度80g/L时沉积层表面较为平整无缺陷，显微硬度由102.3HV增至最高146.3HV,抗拉强度由130.4MPa增至最高213.5MPa，延伸率由6.0%增至最高19.6%。 在硫酸铜浓度为80g/L时，研究电流密度由2A/dm2增至10A/dm2时对沉积层各方面性能的影响,电流密度为8A/dm2时的沉积层表面最为光滑平整。电流密度由2A/dm2提高到8A/dm2时，显微硬度由132.5HV增至169.3HV、抗拉强度由231.3MPa增至328.6MPa，延伸率由15.4%增至22.3%。微珠的运动在一定程度上可以提高阴极的极限电流密度，进而提高沉积层各方面的性能。 在硫酸铜浓度为80g/L、电流密度为4A/dm2，阴极回转速度由10r/min增至50r/min时，沉积层的各方面性能先降低后提高，阴极回转速度为10r/min时的沉积层表面最为平整。阴极回转速度由10r/min提高到30r/min时，显微硬度由146.3HV降至最低129.6HV、抗拉强度由308.5MPa降至最低268.6MPa，延伸率由19.6%降至最低17.3%。阴极转速的变化会影响微珠对沉积层表面的磨削效率，致使各转速条件下沉积层各方面的性能不同。 在硫酸铜浓度为80g/L、电流密度为4A/dm2，阴极10r/min回转时，研究氧化铝和氧化锆两种不同材质陶瓷微珠对沉积层各方面性能的影响，使用氧化锆陶瓷微珠时的沉积层表面较为平整。使用氧化锆陶瓷微珠时，显微硬度由135.6HV增至146.3HV、抗拉强度由293.3MPa增至308.5MPa，延伸率由17.8%增至19.6%。不同材质的陶瓷微珠对沉积层表面产生的磨削作用力不同，沉积层各方面的性能不同。 在硫酸铜浓度为80g/L、浓硫酸浓度为180g/L，电流密度为10A/dm2、阴极50r/min回转时，阳极单侧放置时的沉积层各方面性能较低。阳极对称放置时的沉积层表面光滑平整无缺陷，显微硬度由127.6HV增至138.4HV，抗拉强度由203.8MPa增至259.2MPa，延伸率由11.9%增至13.6%。另外，电流密度为8A/dm2，阴极两侧对称放置阳极，阴极30r/min回转时的沉积层表面最为光滑平整。显微硬度由173.8HV增至最高189.6HV、抗拉强度由336.3MPa增至最高392.5MPa，延伸率由22.9%增至最高26.8%。提高溶液中浓硫酸的浓度和阴极两侧对称放置阳极，可以增强阴阳极之间的电场强度。
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