强磁场下铜电沉积层表面形貌及织构的研究

利用SEM和XRD研究了无磁场和2 T～10 T强磁场中电流密度和磁感应强度对铜电沉积层表面形貌及择优取向的影响.结果表明:无磁场下,表面晶粒随电流密度增加而增大,同时伴随氢气析出而导致气孔出现,施加10 T磁场后,表面晶粒随电流密度增加呈分裂细化趋势,同时氢气析出被抑制.强磁场施加使(220)晶面织构得到抑制,而(111),(200),(311)等晶面的织构得到增强,但无论是否施加磁场,在200A/m2～630A/m2的电流密度下,铜电沉积层仍保持(220)的优先生长方向.     

强磁场下铜电沉积层表面形貌及织构的研究

利用SEM和XRD研究了无磁场和2 T～10 T强磁场中电流密度和磁感应强度对铜电沉积层表面形貌及择优取向的影响.结果表明无磁场下,表面晶粒随电流密度增加而增大,同时伴随氢气析出而导致气孔出现,施加10 T磁场后,表面晶粒随电流密度增加呈分裂细化趋势,同时氢气析出被抑制.强磁场施加使(220)晶面织构得到抑制,而(111),(200),(311)等晶面的织构得到增强,但无论是否施加磁场,在200A/m2～630A/m2的电流密度下,铜电沉积层仍保持(220)的优先生长方向.     

磁场作用下电沉积镀层技术的研究进展

介绍了外加磁场辅助作用下电沉积镀层技术的研究概况,电沉积过程中外加磁场对镀液性质、传质过程、电荷转移、晶粒生长及结晶取向等均会产生影响;阐明了外加磁场在材料制备过程中的工作原理,并就外加磁场对电沉积过程的具体影响作用进行了分类及归纳;阐述了现阶段外加磁场在电沉积领域应用中存在的问题及其在该领域的发展前景。     

杂质铜离子对电镀镍层组织形貌及耐蚀性的影响

目的 研究电镀镍液中存在的铜离子杂质对电镀镍层微观组织和耐蚀性能的影响。方法 以五水合硫酸铜的形式向电镀镍液中加入不同质量浓度(5、10、30 mg/L)的铜离子杂质,并以初始配制的电镀镍液(0 mg/L Cu²⁺)为空白组对照。选用低电流密度(0.5 A/dm²)在Q235钢上电镀镍层,并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学分析技术对电镀镍层的表面微观形貌、晶体织构、表面各元素化学态信息及耐蚀性能进行表征和分析。结果 随着电镀镍液中铜离子浓度的增加,镍层的颜色逐渐变灰,外观质量降低。当电镀镍液中铜离子的含量在工业容忍度范围内时(≤10 mg/L),镍层的颜色较为光亮,晶粒尺寸较小且均匀。当铜离子的浓度大于工业容忍度时(>10 mg/L),晶粒开始变得粗大,且尺寸不均匀。镍晶的生长方式并未改变,仍以螺旋位错的方式进行生长。镀液中存在的铜离子改变了镍晶体的结构,主峰的衍射角度向大角度发生偏移,半峰宽逐渐变大,晶面间距减小,同时影响了镍晶体的择优生长取向,晶粒逐渐由(111)和(200)面转为(111)和(220)面生长。XPS测试结果显示,铜离子浓度的增加导致镍的析出效率降低,铜离子在镍层中析出,并以单质铜和氧化铜的形式存在于镍层中。电化学测试结果表明,电镀镍液中存在的铜离子降低了镍层的耐蚀性能。当铜离子的质量浓度从0 mg/L增加至30 mg/L时,镍层在质量分数为3.5%的NaC1溶液中的开路电位(OCP)逐渐降低,自腐蚀电位由?0.487 mV降至?0.547 mV,自腐蚀电流密度由7.898 9 μA/cm²增加至17.316 μA/cm²。电化学阻抗模值和相位角变小,电荷转移电阻(Rct)由1 798 Ω.cm²减小至851 Ω.cm²。结论 在瓦特液中,微量铜离子杂质会导致镍结晶粗大,镀层外观灰暗。镍层中的杂质铜原子会引起一定程度的晶格畸变,使晶格常数变小,晶粒生长择优取向发生改变。随着铜离子杂质浓度的增加,电镀镍层在质量分数3.5%的NaCl溶液中的自腐蚀电流密度增大,阻抗值相应地降低,抗腐蚀性能下降。     

不同介电质层对弹性体表面形貌的调控作用

利用涂饰技术调控弹性体材料的表面形貌,有助于提高表面材料的稳定性及相关器件的运行性能,同时为微纳米尺寸的图形制备提供参考.通过物理气相沉积法在弹性体PDMS(聚二甲基硅氧烷)衬底表面分别沉积了SiO2、MgF2及ZnS三种介电质材料并对各形貌的形成进行了分析.结果表明,通过在PDMS衬底表面蒸镀不同的介电质材料,可以形成褶皱、龟裂及平坦的表面形貌;通过光刻及软光刻技术在衬底表面预制具有周期性的凹状图形,可以对褶皱、龟裂的方向进行调控,使褶皱、龟裂等形貌呈有序性分布;通过对比介电质材料在加热冷却过程中所受的应力与临界应力的大小,可以方便地选择合适的介电质材料来制备所需的弹性体表面形貌.     

磁场对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响

目的 研究不同磁场参数对钕铁硼表面电沉积Ni镀层性能的影响。方法 以烧结钕铁硼（NdFeB）为基体,采用磁场辅助电沉积方法在其表面镀覆Ni层。利用扫描电镜（SEM）、EDS能谱仪、X射线衍射仪（XRD）分析镀层的表面形貌、元素组成和微观结构,通过电化学工作站对Ni镀层进行耐蚀性能研究。结果 施加磁场能显著改善镀层的表面形貌,表面镀层形貌更加均匀致密;试样的耐蚀性显著提高,在平行磁场方向下,当磁场强度为0.07 T时电沉积30 min,所得Ni镀层自腐蚀电位（Ecorr）为–0.193 V,自腐蚀电流密度（Jcorr）为8.305×10^–7 A·cm^–2,阻抗值达到3.882×10～4?·cm²,耐蚀性最好。结论 施加磁场后,镀层性能得到改善,平行磁场作用下Ni镀层更加均匀细致,其耐蚀性最优,垂直磁场次之,均优于无磁场作用下制备的Ni镀层。     

工艺参数对高速电镀锌层形貌和织构的影响

应用模拟重力法高速电镀装置在无间隙原子钢(IF钢)基板上电镀锌,采用场发射扫描电镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)研究电流密度和钢板运动速度对锌层微观形貌和织构的影响。结果表明:高速电镀锌层呈片晶状倾斜于基体表面紧密排列,随着电流密度(20~60 A/dm2)的增大,{10.3}和{10.4}等锥形织构系数降低,{00.2}基面织构系数显著增加,晶粒尺寸减小;当电流密度高于50 A/dm2时,伴有枝晶的出现;钢板运动速度(1~3 m/s)的增大提高镀层的致密度,同时降低{00.2}基面织构系数,对锥形织构的影响较小。     

HR-2钢表面在AlCl_3-EMIC熔盐中电沉积铝镀层的织构和形貌

12～28mA/cm2范围内,采用AlCl3-EMIC(氯化1-甲基-3-乙基咪唑)熔盐电沉积法在18～40℃获得铝镀层,用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)研究其织构与形貌。结果表明,铝镀层呈(200)晶面择优取向,其相对衍射峰强度随电流密度和沉积温度升高而减弱,随镀层厚度增加而增强。厚度为8μm时镀层择优取向最明显,其表面颗粒呈棱锥状均匀紧密排列。电流密度为12mA/cm2时,随温度升高镀层由(200)晶面择优取向转变为(200)和(222)晶面择优取向,其表面颗粒随之由较均匀的棱锥状转变为不规则的核桃仁状。讨论镀层织构形成的可能机制。     

Electrode Reactions in Metal Finishing

Important applications of electrode reactions in metal finishing are summarised. The characteristics of these reactions are considered; such heterogeneous, charge transfer processes are localised at the electrode/electrolyte interface and involve phase transformation. Electrode properties are seen to be important, particularly their high (electronic) conductivity in comparison to (ionically) conducting electrolytes.     

Effects of various metal seed layers on the surface morphology and structural composition of the electroplated copper layer

This study examined the effects of depositing a seed layer on the surface morphology and the electric characteristics of an electrodeposited copper foil. Pt, Pd, a Pt-17Pd alloy and gold were used as the seed metals. The morphology, crystal structure, and electric characteristics of the electrodeposited copper foil were examined by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, atomic force microscopy, and a four-point probe, respectively. The surface roughness, crystal growth orientation, and resistivity were controlled using various seed layers. Large particles were observed on the surface of the copper layer electroplated onto the Pd seed layer. However, a uniform surface was obtained when a Pt seed layer was used.     

基于阳离子型聚丙烯酰胺高聚物溶液的电化学沉积试验研究

以阳离子型聚丙烯酰胺(CPAM)高聚物为唯一添加剂,采用直流电源在超低电压下开展锌镀层电化学沉积试验,重点研究了CPAM离子度对锌镀层表面形貌、成分和电流密度的影响,考察了主盐Zn2+和CPAM的质量浓度对镀层微观形貌、晶粒平均直径的影响规律.结果表明:离子度20％的CPAM-ZnSO4高聚物溶液在0.3 V超低电压下...     

强磁场对碱液腐蚀制备多晶硅表面织构的影响

目的在碱液腐蚀制备多晶硅表面织构过程中施加具有方向性的强磁场,研究强磁场对多晶硅表面织构减反射的影响。方法在非磁场和1、2、3、4 T磁场作用下,用NaOH溶液腐蚀制备多晶硅表面织构,用电子天平称量表征硅片腐蚀程度,用奥林巴斯LEXTOLS4100共聚焦显微镜观察多晶硅片表面形貌,用Ocean Optics USB4000光谱仪测量多晶硅片的反射率,用WT-1200硅片测试仪测量样品少子寿命。结果随磁感应强度的增大,多晶硅片的腐蚀程度增强,多晶硅片腐蚀程度由非磁场条件下处理的2.1%,变化为磁感应强度为1 T时的2.8%,2 T时的3.9%,3 T时的5.3%,到4 T时的6.3%,同时多晶硅表面织构变得均匀且细腻。多晶硅片的反射率随磁感应强度的增大而降低,由非磁场条件下处理硅片的23.9%,变化为磁感应强度为1 T时的19.2%,2 T时的17.5%,3 T时的15.9%,到4 T时的14.5%。另外,随磁感应强度的增大,多晶硅片少子寿命略有降低。结论在碱液腐蚀制备多晶硅表面织构过程中施加强磁场,多晶硅片腐蚀程度增强的同时,表面织构的微结构更趋合理,减反射效果显著。     

激光同步辐照对电化学沉积铜组织结构及结合力的影响

目的 解决单一电化学沉积制备铜镀层沉积速度慢、沉积颗粒易团聚、晶粒生长不均匀及其与基体结合力差等问题。方法 采用沉积前激光处理、沉积过程激光同步辐照的方法,在316L不锈钢上制备铜涂层,通过光学显微镜、扫描电子显微镜、自动划痕仪分析了铜镀层表面形貌、截面厚度、涂层物相和结合力,探究了激光的增强作用和复合沉积技术下镀层的生长机制。结果 激光同步辐照促进了晶粒的高择优取向及沉积电位的正移。单一晶面的高择优取向利于提高镀层晶粒生长的均匀性,使镀层表面的凸起、孔洞明显减少,变得平整致密。同时,激光同步辐照使镀层表面粗糙度维持在一个较低的范围,使沉积质量不会随沉积时间的增加而降低,有利于电化学沉积的继续进行,实现镀层增厚。相同沉积时间(60 min)下,传统电化学沉积所得镀层的沉积厚度为62.62μm,表面粗糙度为4.741μm;而激光同步复合电化学沉积所得镀层的沉积厚度为138.39μm,表面粗糙度为0.995μm;且镀层表现出与基体更佳的结合力,与基体间的极限载荷可达98.2 N。结论 激光同步辐照提高了铜镀层的沉积效率、质量及其与基体间的结合力。     

恒电流电沉积法制备Cu-In薄膜

以金属Ti为阳极，不锈钢薄片和镀Mo玻璃为阴极，采用恒电流电沉积的方法制备了化学计量比为1：1、厚度为1μm且致密均匀的CU—In薄膜．分析了镀液离子浓度、电流密度、络合剂含量及添加剂种类对薄膜成分及形貌的影响．在除电流密度外其它工艺条件相同的情况下，采用不同阴极材料为衬底沉积Cu—In薄膜时，薄膜形貌、成分无差别，且电流密度对薄膜的形貌和成分控制起着关键的作用．此外，在镀液离子低浓度范围内，及Cu／In离子浓度比不变的前提下，镀液中金属离子总浓度的改变不会影响镀层的成分和形貌；十二烷基硫酸钠和苯亚磺酸钠可作为理想的辅助添加剂，能改善薄膜形貌，使其表面均匀、规整．由该方法制备的CU—In预置膜可以进一步硒化得到理想的CuInSe2薄膜．     

磁致涡流效应对化成铝箔Al2O3-TiO2复合膜结构及性能的影响

以TiCl₄为前驱体溶液,通过磁场辅助电沉积法在腐蚀箔表面形成具有高介电常数的Al₂O₃-TiO₂复合氧化膜。系统研究了磁致涡流效应（MHD效应,Magnetohydrodynamics）对电解液中离子扩散行为及Al₂O₃-TiO₂复合氧化膜结构与性能的影响规律。采用XRD能谱、扫描电镜SEM以及EDS能谱等手段对氧化膜晶相、表面/截面形貌以及Ti元素分布进行表征。结果表明,随着磁感应强度B的增强,电解液中Ti⁴⁺向箔面及蚀孔内的扩散速率增大,复合膜层中锐钛矿型TiO₂含量提高,且其在箔面及蚀孔内部分布均一性提升。另外,氧化膜阳极升压曲线、Tafel极化曲线及交流阻抗曲线的分析结果表明,MHD效应提高了复合氧化膜介电常数,减少了阳极氧化阶段的形成电量,对应的化成箔比电容增大至58.29 μF/cm²,较之无MHD制备的Al₂O₃-TiO₂化成箔,其形成电量减少了24.6%,比电容增加了10.1%。     

几何特征及工况条件对表面织构摩擦特性影响研究

表面织构技术是一种加工方便且不破坏材料本质的表面改性方法,在材料表面加工出具有一定形状和规则的微观结构以改善材料的表面摩擦性能。但不同工况条件下影响摩擦性能的可变因素太多,以至于无法得到各设计参数的最优通用方案。从提出附加流体动压效应到表面织构形貌、尺寸、深度、面积占有率、坑底形状、取向和分布形式等方面,回顾了国内外表面织构减摩作用的研究发展历程。概述了凹陷织构中连续织构和离散织构的表面形貌对材料表面摩擦特性的影响,并在离散织构中重点分析了三角形、矩形、菱形、六边形、椭圆形、圆柱形、球形、水滴形、圆环形、雪花形和葫芦形等织构形貌对材料表面摩擦特性的影响;论述了各几何参数中织构直径和面积占有率对摩擦因数的影响比织构深度大;阐述了不同分布形式的表面织构对摩擦特性的影响;在干摩擦、边界润滑、流体润滑和混合润滑等4种状态下,总结了不同工况条件下表面织构的减摩机理,并对表面织构存在的问题提出建议,以期为表面织构的研究者提供参考。