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《昆明理工大学》 2009年
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镍钴合金冷屏件电铸技术研究

张俊  
【摘要】:目前国内第一代杜瓦用红外探测器冷屏件材料为纯镍,采用电铸的方法加工而成,与国外的产品相比还有一定的差距,这主要体现在硬度、表面光泽性以及厚度均匀性上。本论文的目的在于研制出高硬度、低应力、表面光泽性好、厚度均匀的镍钻合金冷屏件,以满足国内第二代红外探测器的要求。 由于冷屏件属于异型薄壁零件,普通的机加工方法难以保证零件的质量要求,而电铸正是加工此类零件的首选方法;镍钴合金与纯镍相比具有高硬度、高耐蚀性等优点,且二者在简单的水溶液中容易实现共沉积,沉积层的合金成分容易控制,所以第二代冷屏件以镍钴合金电铸的方法来成型。试验中选用成本较低的硫酸盐镍钴合金电沉积体系,由于其应力大、硬度低,不能满足设计的要求,试验中采用添加剂来降低应力,提高硬度,同时提高表面的光泽性;对于电铸而言铸层均匀性一致是研究的难点,本试验从两方面入手:一是铸液本身,通过添加剂和合理的工艺控制来提高铸液的分散能力;二是采用计算机辅助模拟来调整阴阳极的分布以及挡板的形状和位置来改善阴极表面的电流分布,同时采用二次电镀的方法来彻底改善零件的厚度均匀性。 通过大量的平行与正交试验最终电铸出来的冷屏件完全满足了最初的设计要求:合金中钻含量控制在5-25%;硬度HV400;零件均匀性达到90%以上,保持在100±10μm;另外零件内应力较低,表面呈半光亮。 在试验中发现添加剂TN2的加入可以提高铸层硬度、降低铸层的内应力以及细化晶粒,同时可以得到半光亮的表面;添加剂TN3的加入可以进一步提高铸层的硬度和平滑表面,此时可以得到全光亮的铸层,但会增大铸层的拉应力;添加剂TN1的加入可以显著的提高铸液的分散能力,但过量时会造成阳极的钝化,其用量控制在20g/L以下,电流密度和pH值对分散能力的影响相对较小,可以在较大范围内变动;电源波形采用全波时铸液的分散能力较好,这主要源于波形对电流效率、双电层以及电铸液导电率的影响;通过ANSYS数值模拟发现合理的阴阳极布置以及挡板的选用和安装可以明显的改善阴极电流分布,但由于阴角尺寸较大,此处的铸层仍然较薄,所以采用二次电镀的方法将一次电铸中的阴角转变为二次电镀中的阳角,使其铸层得到修复,改善零件的均匀性。 试验中采用的电解液成分简单,易于维护,稳定性较好,可以满足小批量生产的要求。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG174.44

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