双脉冲电流频率对稀土铜电铸层性能的影响

文章编 号 ： １ ６ ７ ３ ． ９ ６ ３ ９（ ２ ０ ｌ ５ ） ０ ４ ． ０ ０ ９ ５ ． ０ ３
１ ． 引言
因为 铜 具有 良好 的导 电性 、 导热 性 和 韧 性 ， 因 而 被 广泛 应 用 于 航 空航 天 、军 事 产 品 、仪 器 仪 表 、 结 构精 密机 械 、精 密模 具 制 造 、 金属 工 艺 品 、 纳米
技术 等 领域 …。当前 ，我 国大 多数 电铸企 业使 用 的仍 然 是 老 式 电铸 方 法 ， 成本 高 ，效 率低 ，周 期 长 ，质
脉 冲 电沉 积 使 正 负 两 极 的 离 子 得 到 迅 速 的补 充 ，降低 其 浓 差极 化 ，从而 使 阴 极 的极 化 效 果更 为 明显 ，得 到 了更 紧致 细 密 的 晶粒 。除此 之 外 ，随 着 电流 频率 的升 高 ， 电压 沉积 可 以使得 正 负 两极 表 面
得 到纳米 晶体［ ， 引 。此外 ，晶体 的形状 和大 小还 与两
２ ． 实 验 及 原 理
添 加 剂 可调 整 铸 液 的 成 分 ，从 而 改 善 电沉 积 中
电极表 面 粗 糙程 度 、 电场 强 度 、铸 液 的成 分及 其操
作 工艺有 关［ 】 。 阴极过 电位 是 成核 速度 及 晶粒 生 长速 度 的关键
沉 积 金 属 的综合 性 能【 ５ ］ 。因此 ，我 们在 铜 电铸 液 中常
使用 氯 化 镧 、 氯化 铈 作 为 添加 剂 。此 外 ，我们 还 对
影响铸层机械力学性能的因素进行了具体的分析。
２ ．１ ．脉冲 电沉 积 的原理
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因素 ， 当 阴极 电位 偏 离平 衡 电位致 标 准 负 电位 时 ，
异 的产 品 。
压 力小 、孔 隙度 较低 等 ，且其 氢脆 现象得 以改善 。
２ ．３ ．晶粒 的细 化 高 频 率 电流 引起 的 电压沉 积 可 以使得 正 负 两极
表 面 吸 附原 子数 量 、成核 率 大 大增 加 ，这 使 得 两 极 的 晶粒 生 长 受 到 了抑 制 ，所 得 晶粒wenku.baidu.com将 更加 细 化 并可
才 开始 形成 晶核 ；当该 标准 负 电位 越 大成 核速 度就
基金项 目：本文 系贵 州省科 学技 术基金 项 目 “ 稀土添加剂对 电铸铜性 能影 响的研 究”（黔科合 Ｊ字 Ｌ ＫＳ ［ ２ ０ ］ １ ］ ２ ４号 ）成果。 作者简介 ：杨 红燕 （ １ ９ ６ ９ －） ，女 ，贵 州兴 义人 ，副教授 ，主要从 事冶金物理化 学、金属材料 的研 究。
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频 率 ，通 过 大 量 的 实验 ，我 们讨 论 了不 同 的正 、反 向的平 均 电流 频率 与铸 层综 合力 学性 能 的关 系 。
第１ ７ 卷 第４ 期
２ ０ １ ５年 ７ 月
铜 仁 学 院 学 报
Ｏ ｏｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｏｎ ｇ ｒ ｅ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ １ ． １ ７。 ＮＯ ． ４ Ｊ ｕ １ ． ２ ０１ ５
双脉 冲 电流频 率对稀土铜 电铸 层性能 的影响
吸 附原子 数 量 、成 核 率 大大 增 加 ，从 而 有 助 于我 们 获得 了更细 、力 学性 能更 佳 的晶粒 【 ６ Ｊ 。 ２ ．２ ．脉冲 电沉 积 的效果 脉 冲 电沉 积 的综 合性 能 在 不 同 的程度 上 可 以得 到 提 高 ，如 脉冲 电沉 积层 的粒 度 小 、硬度 高 、 内部
正向脉冲频率的变化 而变化。该工艺在制造普通模具和复杂模具时相 比较 于其他工艺所需要 的
时 间更短 。 同时 ，也 为我们 开发 更适 合 精 密 电铸 的 电铸机 提供 了依 据 。
关键词：
铜 电铸；
脉冲频率；
晶粒尺寸；
稀土
中图 分 类号 ：Ｔ Ｐ １ ７ ８ 文献 标 识码 ：Ａ
２ ．４ ．双脉 冲 电铸 实验 （ 实验 条 件见 表 １ ）
将 氯 化镧 和 氯 化铈 添 加 到稀 土 氯 化铜 电铸 溶 液 中 ，在 电沉 积 工 艺 中我 们 使 用不 同的 双 向脉 冲 电流
表 ３ 不 同反 向脉 冲 频率 铜 电铸 层 典 型 力学 性 能
电铸工 艺参 数
杨 红燕 ，左 伟
（贵 州 师范 大学 材 料与 建 筑工 程 学院 ，贵州 贵 阳 ５ ５ ０ ０ ２ ５）
摘 要：电铸 用于超精密加工零件 ，它可调整电沉积金属的物理性质，从 而容易制造形状
复杂的零件 ，并且铜 电铸工艺具有超强的复制性 。目前，铜 电铸 工艺广泛地被应用于复杂形状 的精 密工件的制造。通过大量的实验 ，双向脉冲电铸可得到结构细致紧密的晶体 。在稀土铜 电 铸 液中使用正向和反 向脉 冲频率可以制备一定厚度的铜 电铸层 ，且晶粒的粒径尺寸的大小随着
量和 性 能也 不稳 定 【 ２ ， 引 。因而 ，脉 冲 铜 电铸技 术 以其 操 作 简 单 、 电流 效 率 高 、设 备 容 易 维护 、有 利 于提 高 阴极 极 化 且 电铸 技术 低 成 本 等优 势 成 为 一种 理 想 的选 择 【 ４ Ｊ 。我们 基 于大 量实 验 结果 ，对 稀 土硫 酸铜 精 密 电铸 的影 响 因 数 进行 了详 细 分 析 ，获 得 了 电铸 层 的 性 能 与 电流 频率 之 间 的关 系 ，制 备 了力 学 性 能优
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越 快 。电沉 积 工 艺 中 ，当 晶粒 生 长速 度 大 于 晶核 的 形 成速 度 时 ，晶粒数 量越 多 ， 晶粒 的尺寸 就越 小 。
时，金 属综 合 力学性 能和 塑性 均较 好 ，继 续提 高 ｆ ＋ ， 金 属 综 合力 学 性 能和 塑 性 均 降低 因此 ，我 们 取 正 向 平 均 电流密 度 ｆ ＋ ＝ １ ０ ０ ０ Ｈｚ 。 ３ ．２ ．反 向脉 冲频 率 （ ｆ － ） 对铜 电铸层 力 学性 能影 响