电铸镍薄片阵列的厚度均匀性研究

研究仿形辅助阴极对镍薄片阵列厚度均匀性的影响,利用Comsol软件建立镍薄片阵列的电铸模型,预测镍薄片厚度的变化趋势;研究辅助阴极直径及其小孔直径对镍薄片厚度均匀性的影响,确定最优的辅助阴极尺寸参数;根据仿真结果开展对比实验.结果表明:电铸过程中添加仿形辅助阴极可显著提高镍薄片的厚度均匀性;以直径100 mm不锈钢圆板...     

微模具电铸成型工艺研究

针对微细电铸成型技术中微流道模具的铸层均匀性、铸层气孔和表面粗糙度等工艺问题,提出了控制成型过程中阴极电流密度、增加辅助阴极和阴极平动的方法。通过正交实验对基底蚀刻深度、光刻掩膜厚度、电铸槽温度和阴极电流密度等因素进行工艺优化研究。结果表明,得到最佳工艺参数为阴极电流密度4 A/dm~2、二次辅助阴极电流密度1.5 A/dm~2,阴极平动速率0.01 m/s,温度50℃、掩膜厚度50μm、刻蚀深度20μm。获得了尺寸均匀性好、铸层气孔少,表面粗糙度为Ra 0.5μm的微模具。     

双层微齿轮型腔镶块电铸均匀性 Ansys 模拟与优化

目的提高双层微齿轮模具型腔镶块电铸过程中铸层的均匀性。方法利用Ansys对双层微齿轮型腔镶块电铸过程中电场强度的分布情况进行模拟,确定施加绝缘挡板的可行性。采用正交试验考察绝缘挡板几何及位置尺寸对电场强度的影响,应用灰关联理论得出最优工艺参数组合。结果绝缘挡板的施加,在一定条件下可以使光刻胶电铸层厚度更为均匀和平整。路径a的相对误差由62.48%降低到33.18%,路径b的相对误差由48.01%降低到8.91%。结论施加绝缘挡板可以提高双层微齿轮模具型腔镶块电铸过程中铸层的均匀性。     

大面积金属网板模具的制造

利用UV-LIGA工艺制造了一款总体尺寸为60×60mm×300μm.深宽比为6、开孔率高达93%的金属铢网板模具。该网板具有面积大、厚度大及开孔率高等特点。在电铸过程中,为降低大面积网板铸层中的残余应力,采用了兆声辅助微电铸的方法。去胶释放后微细网板结构未出现翘曲变形、分层等问题,满足使用要求。本文研究表明:兆声辅助微电铸方法是制造大面积、大厚度、低应力金属微器件的一种有效方法。     

游离粒子对摩擦辅助电铸技术的影响

摩擦辅助电铸技术是采用不添加任何添加剂的标准电铸液,在阴阳极之间添加不导电的游离粒子,在电铸过程中运动的阴极带动游离粒子不断摩擦、挤压电铸层,可得到外观表面平整、光亮、无任何麻点、针眼、结瘤等缺陷的电铸层,其机械性能也非常优异.游离粒子在电铸过程中起到了至关重要的作用.选用不同直径的硅酸锆球,作为新工艺的摩擦介质,通过对比试验方法来研究游离粒子的直径对电铸层表面形貌、微观组织和机械性能的影响规律.试验结果表明,在摩擦辅助电铸过程中,游离粒子的直径对电铸层外表面质量影响非常明显.粒子直径过小,电铸工艺处于亚复合电铸状态,易造成电铸层起皮;直径太大,易导致电铸层摩擦不均匀;当粒子直径在0.4～2.0 mm之间时,能获得表面光亮、平整和强度较高的电铸层.     

Ni-SiC复合电铸层内应力实验研究

提出通过掺杂SiC颗粒来减小Ni微电铸层内应力的新方法,基于UV-LIGA工艺制作了纯镍电铸层和Ni-SiC复合电铸层,采用X射线衍射法测量微电铸层的内应力,分析SiC颗粒对微电铸层内应力的影响效果。利用L_9(3~4)正交试验考查了铸液中SiC浓度、电流密度、搅拌转速及电铸温度等工艺参数对复合电铸层内应力的影响。结果表明:掺杂SiC颗粒能有效减小微电铸层内应力,电流密度和铸液中SiC浓度对内应力的影响大于搅拌转速和电铸温度。复合电铸层内应力实验的最优工艺参数为:SiC浓度20 g/L,电流密度1 A/dm~2,磁力搅拌转速600 r/min,电铸温度50℃。     

基于超临界流体电铸耦合场分析及试验研究

利用COMSOL Multiphysics对超临界流体电铸耦合场进行数值模拟,研究分析电流密度分布和电铸层生长规律,并且试验测试与验证;同时对超临界流体镍纳米金刚石复合镀层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明,阴极边缘处电流密度远高于阴极中间部分,电铸层生长情况与电流密度分布较为吻合,电铸层中部厚度预测值的误差较小;电铸层显微硬度HV最大可达9540 MPa,比普通情况下复合铸层提高80%;制备的复合电铸层表面平整,组织致密。     

MEMS微器件电沉积层均匀性的研究进展

有效地改善沉积层厚度均匀性是电化学沉积技术应用的关键,简述了微电铸原理,综述了国内外微器件沉积层均匀性的最新研究进展,包括优化工艺参数、脉冲电流与换向脉冲电流、改善传质条件、辅助阴极、阴极屏蔽、阳极特性及数值模拟仿真技术改善沉积层均匀性的研究报道,详细介绍了超临界CO2电化学沉积新方法及其优点,并展望了今后的研究重点及发展方向.     

电流密度对超临界CO2流体镍电铸层表面性能和过程参数的影响

采用非离子表面活性剂,进行超临界CO2流体(SCF-CO2)电铸金属镍的研究,分析电流密度对CO2超临界流体镍电铸层微观组织、显微硬度、阴极电流效率、沉积速率、铸层厚度的影响。结果表明,随着阴极表面电流密度从3A/dm2逐渐增加至9A/dm2,体系电流效率快速下降,金属镍电铸层的显微硬度、沉积速率、铸层厚度不断增大。在压力为10MPa,温度为323K,电流密度为5A/dm2时,镍电铸层的显微硬度、铸层厚度、阴极电流效率、沉积速率分别为7.01GPa、30.5μm、94.51%、51.85mg/cm2·h,与传统电铸方法相比较,SCF-CO2电铸法制备的镍电铸层表面平整、微观组织致密。     

高速电铸工具制造技术的开发

为了利用电铸层作为微型磨具，开发出两种可制备厚电铸层的电铸工艺。立式低速搅拌法是以低速连续搅拌，在阴极沉降磨粒，以提高阴极附近的镍离子密度。卧式低速旋转法则是试图在被覆圆柱形阴极的丙烯盖上设置3mm见方、长15mm的槽，通过低速旋转阴极让电铸层沿着槽生长。使用立式低速搅拌法时，由于电力线集中在阴极外周，电铸层厚度欠均匀。卧式低速旋转法可在18．3小时内制备出3mm见方、长15mm的电铸层。     

基于增材制造的旋印电解加工工具阴极制备

工具阴极的制备直接影响旋印电解加工的成形质量,尤其对于阵列凸台回转体工件的倍转速旋印电解加工,采用传统机械加工难度大,且难以解决窗口侧壁绝缘问题.针对这一难题,综合运用增材制造及电铸技术,提出一种基于增材制造的工具阴极制备方法,通过仿真和试验对电铸生长过程开展研究.结果表明:在侧壁绝缘条件下铸层均匀性良好,工具阴极能满...     

阴极平动式摩擦辅助精密电铸的研究

为了实现非回转体类零件的精密电铸成形,提高电铸层的质量和电铸速度,文章提出了阴极平动式摩擦辅助精密电铸,在电铸液中充满陶瓷微珠等一类硬质粒子,阴极在平动机构的驱动下做平动,使硬质粒子不断摩擦和撞击阴极表面.通过对金属镍的电铸实验表明:阴极平动式摩擦辅助精密电铸能很好地去除沉积层表面的针孔、麻点等缺陷,获得的电铸层外表面Ra值达到0.016 μm.阴极平动式摩擦辅助精密电铸能有效地改变电铸层的组织结构,细化晶粒,提高电铸层的机械性能.     

高厚度均匀性电铸装置的研制

大面积电铸件(层)厚度及其均匀性的有效控制是电铸工艺的难题和关注重点。在分析导致厚度分布不均的核心影响因素的基础上,提出了协同解决方案,设计开发了阴极周向移动机构和随动式阴极屏蔽板等关键部件,进而研制出一种可获得高厚度均匀性沉积层的电铸装置。     

波前传感器电铸镍层应力实时检测精度评估

目的 搭建电铸应力实时检测平台,评估其测量精度,并探明电化学沉积过程中镍层平均内应力的变化规律。方法 采用横向剪切波前传感器搭建电铸应力实时检测平台,通过测量在铸层应力作用下电铸基底弯曲的曲率半径,利用Stoney公式计算铸层平均应力。采用参考球面反射镜评估横向剪切波前传感器曲率半径的测量精度,并在0.5 A/dm2电流密度下进行电铸应力实时检测实验,对铸层平均应力测量极限进行评估,同时对检测误差进行分析。结果 横向波前传感器曲率半径测量精度为99.22%,在0.5 A/dm2电流密度下,所搭建的铸层应力实时检测平台可测量的最小厚度为5.1 μm,由曲率测量波动带来的应力检测误差为1.3 MPa。实验测得铸层平均应力随铸层厚度的增加而变大,当铸层厚度达到30 μm左右,铸层平均应力趋于稳定,应力大小为79.7 MPa。同时发现,当铸层厚度小于30 μm时,沿电铸基底长度方向的铸层平均应力明显大于宽度方向铸层平均应力,随铸层厚度的增加,两个方向的应力大小趋于等值。结论 采用横向剪切波前传感器搭建的电铸应力检测平台,能有效对铸层应力进行高精度的实时测量,为精密电铸过程中应力变化规律的研究提供了检测技术基础。     

钴含量对电铸镍钴合金模芯微纳结构复制质量的影响

为探明电铸液中钴含量对仿荷叶表面镍钴合金模芯微纳结构复制质量的影响,采用阴极竖直旋转的微电铸技术,制备不同钴含量的仿荷叶表面镍钴合金模芯,采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）分析仿荷叶表面镍钴合金模芯表面的复制质量及成分。结果表明：由于铸层表面内应力的影响,在常规镍电铸中添加钴以后,仿荷叶镍钴合金模芯表面出现了波纹型的褶皱;观测模芯微观形貌发现其表面微米级的孔洞沿特定方向出现不同程度的拉伸,随着电铸液中钴含量（体积分数）的增加,拉伸程度先增加后降低（拉伸程度：钴含量0 g/L<钴含量40 g/L<钴含量10~30 g/L）;铸层中添加元素钴有利于晶粒细化,随电铸液中钴含量的增加,模芯表面微纳结构越细小,复制质量越高。     

辅助磨擦对镍电铸层力学性能的影响

在磨擦辅助电铸镍过程中,通过改变游离微珠对电铸层表面的磨擦强弱,制备不同力学性能的镍电铸层。对所制备镍电铸层的表面形貌、织构等微观结构和显微硬度、抗拉强度及伸长率等性能进行测试和分析。结果表明:采用卧式放置的阴极能制得材料组织结构均匀的电铸层。且随着阴极表面线速度的提高,游离微珠对电铸层的整平作用和晶粒细化作用增强。在不同线速度下采用旋转阴极可以制备大范围力学性能的镍电铸层,其表面粗糙度为0.15~0.03μm、硬度为185~410HV、抗拉强度为525~1 020 MPa、伸长率为24%~4%。     

跨尺度、高深宽比惯性微开关制作工艺研究

采用基于光刻和微电铸的多层UV-LIGA工艺在金属基底上制作了惯性微开关。研究了电铸面积对胶层内应力的影响,解决了胶层从基底脱落的问题。通过实验分析了电流密度对铸层层间结合力的影响,解决了铸层分层问题。通过煮沸无机酸的方式去除高深宽比金属微结构内的光刻胶,解决了SU-8胶去胶难的问题。最终,成功制作出外形尺寸为14 mm×11 mm×0.6 mm的跨尺度、高深宽比惯性微开关,其最小线宽为29.8μm,最大深宽比为17∶1,从而克服了目前制作惯性微开关时基底易碎、需溅射导电种子层、整体尺寸小、深宽比低的局限性。     

电铸镍工艺参数对铸镍层组织和性能的影响

利用净化的氨基磺酸盐溶液体系,分别采用金相显微镜、阴极弯曲法和拉伸试验的方法研究了阴极电流密度、溶液温度和p H值等工艺参数对电铸镍层的组织形貌、内应力和力学性能(抗拉强度、延伸率)的影响。结果表明:电铸镍的工艺参数影响铸镍层的组织结构,进而影响到铸镍层的性能;铸镍层的晶粒随阴极电流密度的降低和溶液温度的升高而细化,同时当溶液p H值为4.0时,也可以获得较细的晶粒;随着晶粒的细化,铸镍层的内应力降低,抗拉强度升高而延伸率降低;通过优化工艺参数,获得了抗拉强度为673 MPa、延伸率为23.2%和内应力为48 MPa的综合性能优异的铸镍层。     

大口径厚壁管均匀性热挤压工艺研究

通过虚拟正交试验研究不同热挤压工艺参数对厚壁管平均晶粒尺寸、组织均匀性及最大挤压力的显著性影响规律,确定其主要影响因素;利用数值模拟分析,研究主要影响因素对挤压管晶粒尺寸及动态再结晶率的影响,制定最优工艺参数;基于最优工艺参数分别进行数值模拟和工厂试验,采集数据进行对比分析。结果表明,铸坯预热温度、挤压速度和挤压比是影响管件晶粒大小及其均匀性的主要因素,当铸坯预热温度为1200℃、挤压比为9、挤压速度为40 mm·s~(-1)时,厚壁管晶粒细小且分布均匀;数值模拟和试验结果在误差允许范围内,表明热挤压数值模拟模型可靠性高,可用于指导大口径厚壁管热挤压工艺的实际生产。     

基于正交试验的离合器波形片冲压成形工艺参数优化

基于DYNAFORM有限元软件的数值模拟,利用正交试验研究了凸、凹模间隙,冲压速度,弯曲半径以及板料厚度4种工艺参数对波形片成形高度的影响。通过正交试验的直观分析得出各因素对波形片成形高度影响的主次顺序依次为:凸、凹模间隙,弯曲半径,板料厚度,冲压速度。此外,由正交试验得出波形片成形的最优试验方案为:凸、凹模间隙为1.0t,冲压速度为5000 mm·s-1,弯曲半径为24.3 mm以及板料厚度为0.8 mm。波形片优化后的试验方案模拟值与试验值分别为2.94和2.62 mm,两者的误差为12.21%。