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高频脉冲电镀镍钴合金机械性能的研究

宫晓静  
【摘要】: 由于脉冲电源制造技术的限制,对脉冲电镀的研究一般使用的脉冲电源的频率在1kHz以下的较低频率范围,没有找到频率为20~140 kHz的脉沖电镀镍钴合金镀层的研究。本文在20~140 kHz高频下,采用脉冲电镀法在瓦特型镀液中制备了镍钴合金并研究了镀层的机械性能。通过脉冲参数、镀液温度及CoSO_4·7H_2O的浓度对镀层在15%H_2SO_4溶液中的腐蚀失重速率及镀层的沉积速率的影响,遴选出最佳电镀工艺:脉冲频率140kHz,占空比0.25,平均电流密度3A·dm~(-2),镀液pH值3,温度55℃,CoSO_4·7H_2O浓度40g/L。在此基础上研究了脉冲参数及镀液对镀层微观形貌及耐蚀性,显微硬度,拉伸强度,内应力等的影响。与直流镀层相比,高频脉冲条件下所形成的沉积层晶粒细小,表面致密,孔隙率低。 镀液中Co~(2+)浓度对合金镀层中Co含量影响较大,且合金镀层中的钴含量均高于镀液中Co~(2+)的含量,这与镍钴合金的异常共沉积机理一致,故随着CoSO_4·7H_2O浓度增大,镀层的显微硬度得到提高。平均电流密度提高,镀层中的钴含量随之降低,镀层硬度也显著下降。直流及各脉冲频率下沉积的镀层在200℃、400℃、600℃和800℃各温度下热处理后,脉冲镀层的显微硬度都明显比直流镀层高,且随着频率升高,镀层显微硬度增大。直流及脉冲频率分别为40kHz和80kHz下制备的镀层在200~400℃下热处理后,其显微硬度有所上升。但当热处理温度超过400℃后,镀层的硬度不仅不再升高,反而会下降。在120kHz及140kHz下所得脉冲镀层的显微硬度与低频下的镀层不同,显微硬度随热处理温度升高而降低。实验中还研究了添加剂对高频脉冲镀层硬度的影响,镀液中加入烯丙基磺酸钠、糖精钠盐、硫脲对镀层硬度有明显提高,特别是加入硫脲后镀层的硬度可以达到526HV。镀层的强度随频率增加而先增大后减小,并在80kHz处取得最大值。在其他参数相同的条件下,镀层的内应力在脉冲频率为80kHz时取得最小值,CoSO_4·7H_2O浓度为30g/L时产生最大值。另外根据各种添加剂对镀层内应力的影响情况,提出了两种复合添加剂的方案,按这两种方案得到镀层的内应力均几乎为O,且镀层光亮平整。方案一得到镀层的显微硬度为635HV,方案二为689HV,而未添加以上添加剂的镀层显微硬度只能达到411HV。


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