[发明专利]一种利用脉冲参数控制电铸镍层硬度和晶粒度的方法

说明书

技术领域

本发明属于电铸制备领域，提供了一种在硫酸镍电铸液中制备纯镍铸层时控制铸层硬度的方法，能够通过调整脉冲电流的参数来自由控制铸层的硬度，也就是控制铸层的晶粒大小。

背景技术

到目前为止，我国在研究电镀方面也有了五十多年的历史了，对于电镀工艺也取得了较多的研究成果，但是对于电铸的研究则时间很短，对于电铸领域里很多问题还没有进行细致的研究。电镀常用于外观或者防腐蚀方面，而电铸则常用于功能材料或零件制造。

在国内，脉冲电铸技术从90年代逐渐兴起。一般说来，脉冲电铸比普通的直流电铸更容易获得性能良好的镀层。直流电铸只有一个电流强度参数可以调节，而脉冲电铸有电流、脉冲频率、占空比三个可调节参数，双向脉冲可调参数更多，因而能更灵活多变地调节工艺参数，以获得更好的组织和性能。

镍是一种常见的电铸和电镀材料，因为它有很多优良的性能而得到了细致的研究，绝大多数研究在于配方、直流电镀、电镀设备或者镀层外观方面，对于脉冲电铸的研究则很少，对于各种脉冲参数的变化对镀层硬度的影响的研究还未见到。

目前国内电铸方面的专利非常少，还未见到脉冲电铸镍方面的专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电铸镍时利用对脉冲参数的调整来控制铸层硬度和晶粒大小的方法，解决了无法控制铸层硬度的问题。

一种利用脉冲参数控制电铸镍层硬度和晶粒度的方法，其特征是工艺步骤为：

(1)配电铸液：在用去离子水清洗干净的电铸槽中加入电铸槽容积约1/2的去离子水，加热到45-55℃，保温1-2h，依次在电铸槽中加入250-450g/L六水合硫酸镍、25-65g/L氯化镍，0.1-10g/L糖精，或用N-501A和N-501B这两种添加剂共同替换糖精，N-501A的浓度为2-10mL/L，N-501B的浓度为0.5-4mL/L。

再用去离子水清洗干净的玻璃容器中加入电铸槽容积1/5-2/5的去离子水，搅拌加热到沸腾，加入25-65g/L硼酸煮沸20-40min，然后加入0.05-1g/L十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将玻璃容器中配好的液体倒入电铸槽中。再注入去离子水加满电铸槽。充分搅拌、在45-55℃保温1-14h。

(2)阴极材料、电解镍阳极前处理：阴极不锈钢板经200#、400#、600#、800#、1000#碳化硅水砂纸磨光→去离子水洗→硝酸钝化→去离子水洗→干燥；电解镍阳极用刷子在沸水中清洗→去离子水洗→盐酸活化→去离子水洗。

(3)电铸：用3-8％的硫酸溶液调节pH＝3.5-5，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接通电路，调节电流密度1-10A/dm²，调节双向脉冲电流的正负向占空比、电流死区的占空比，调节脉冲的频率100-5000，保持阴极最大电流密度恒定，进行电铸3-80h。

(4)阴极脱模：脱模→去离子水洗→干燥。

(5)测量硬度：把各种电铸工艺下得到的电铸制品用显微硬度仪测量显微硬度，就得到对应于各种不同脉冲参数的维氏硬度值，因为硬度和晶粒大小是按照霍尔派曲公式一一对应的(σ＝σ₀+Kd^-1/2，σ是硬度，d是晶粒直径，σ₀和K是常数)，也就同时得到了脉冲参数变化对晶粒大小的影响规律。

如上所述的利用脉冲参数控制电铸镍层硬度和晶粒度的方法，其特征是使用不同的电铸配方做实验，在利用单向或双向脉冲工艺电铸镍时，脉冲参数与镀层硬度和晶粒直径有以下关系：

(1)由图2可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密度等工艺条件不变时，随着占空比增加硬度线性减少，晶粒直径不断增加(根据霍尔派曲公式σ＝σ₀+Kd^-1/2)。

(2)由图3、4可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、占空比、最大阴极电流密度等工艺条件不变时，随着频率增加硬度也不断增加、晶粒不断变小，频率越大硬度增加的速度越大。

(3)由图5可以看出，在单向脉冲电铸镍时，当配方、占空比、频率等工艺条件不变时，随着最大阴极电流密度的增加硬度不断减少，晶粒不断变大。

(4)由图6可以看出，在双向脉冲电铸镍时，当配方、频率、最大阴极电流密度、负向脉冲占空比等工艺条件不变时，随着正向脉冲占空比的增加硬度呈现出先增加后减小的趋势，在占空比达到50％附近硬度最高，晶粒直径呈先减小后增大的趋势。