电铸镍铜合金工艺及机理研究

论文摘要

本文介绍了电铸镍铜合金的原理、发展和应用以及影响电铸过程的因素。镍铜合金电铸层具有比镍更好的耐腐蚀性,更高的强度和硬度。近年来,国内外对镍铜合金的研究主要是纳米晶镍铜和多层膜镍铜,而对镍铜合金电铸的研究国内外鲜有报道。本文采用硫酸盐——柠檬酸钠电解液体系成功地在铝基体上电沉积镍铜合金。探讨了电解液的配方,各组分的作用及含量；通过化学滴定法对镍铜合金镀层做成分分析,研究了电解液各组分、电流密度及pH值对合金镀层成分的影响；通过条件试验,研究了工艺参数如电流密度、温度、pH值对电铸层硬度、沉积速度和表面形貌等的影响。最后通过电化学测试对镍铜合金电沉积过程进行了研究。得到的试验结果如下：研究了硫酸盐——柠檬酸钠电解液体系铝合金基体上电沉积镍铜合金,选择合适的电解液组分及各组分的含量,通过霍尔槽试验,观察得到的各镀层外观,最后选定的基本电解液的配方为硫酸镍100g/L,硫酸铜10g/L,柠檬酸钠70g/L,硼酸30g/L,氯化钠8g/L。电沉积过程中的沉积速率随电流密度的增大而增大,随温度升高先是线性增大然后又呈下降的趋势,在55℃时达到最大；镀层硬度随电流密度的增大而减小,随温度的升高而增大。镍铜合金镀层的成分受电流密度、pH值、电解液各组分的含量和添加剂的影响较大。镀层中铜的含量随电流密度和pH值的增大而减小。当控制主盐中镍盐的浓度不变,增大铜盐的量会使镀层中的铜百分含量也相应的增加。柠檬酸钠对电解液中的镍离子部分络合和完全络合后,镀层中的镍含量从87.62%急剧下降到42.33%。此外,添加剂也会对合金镀层的成分起到不同的作用：丁炔二醇或糖精可促进铜的析出,而明胶则会抑制铜的析出。镍铜合金镀层的耐腐蚀性分析结果表明：合金镀层的铜含量的多少对其耐腐蚀性影响较大,铜含量越高,耐腐蚀性越好。对不同厚度的镀层来说,镀层越厚,其耐腐蚀性越好。极化曲线测试结果说明：柠檬酸根与镍离子、铜离子形成络合离子,使它们的阴极极化曲线负移；而硫酸铜浓度的增加使得阴极极化正移；镍铜合金共沉积的阴极极化曲线在镍或铜的阴极极化曲线的正电位方向,可见镍铜合金共沉积比镍或铜单独沉积时的速度快。通过研究不同工艺参数对镍铜合金共沉积过程,镀层的硬度、成分及表面形貌的影响,最后确定的最优条件为：电流密度为2.5-3.5-dm2,温度为45-55℃,pH值为4.5。并加入丁炔二醇、糖精和明胶的混合添加剂,这样得到的镀层的表面形貌较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电铸概述
• 1.2 影响电铸的因素
• 1.3 芯模
• 1.4 电铸的工业应用
• 1.5 电铸镍铜合金
• 1.6 我国电铸技术存在的问题及解决思路
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第二章 试验材料与研究方法
• 2.1 试验材料与仪器
• 2.2 铝基体表面预处理
• 2.3 霍尔槽试验
• 2.4 电铸镍铜合金工艺流程
• 2.5 电铸的研究方法
• 2.6 性能测试
• 第三章 镍铜合金电铸工艺研究
• 3.1 镍铜合金共沉积过程中阴极极化曲线
• 3.2 电解液的配方选择研究
• 3.3 电解规范对合金镀层的影响
• 3.4 耐腐蚀性试验
• 3.5 电极反应
• 3.6 本章小结
• 第四章 镍铜合金电铸机理探讨
• 4.1 电解液组成的影响机理
• 4.2 合金镀层的金相显微分析
• 4.3 金属的电沉积过程
• 4.4 镍铜合金镀层二元相图分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文