1. 激光强化喷射电镀技术的应用
为了更好地将激光强化喷射电镀技术应用于实际,复旦大学叶匀分、郁祖湛设计制作的一套激光强化喷射电镀装置,在不锈钢基体上直接局部电沉积金获得成功。、
图4-16为激光强化喷射电镀系统示意图
该系统利用气体压力输送液体,使镀液流速稳定。与镀液接触材料均为聚乙烯、四氟乙烯和玻璃,避免了镀液被污染。
2. 实验条件
镀液组成:
化金钾[KAu(CN)2] 7g/L 、 pH 6.4
磷酸盐 180g/L 、 温度(20±2)℃ 、添加剂 微量
激光功率:0.8W;
激光波长:514.5nm;
阳极:ø0.5mm镀铂黑的铂丝绕制而成,其表观面积约1.5c㎡;
阴极:Φ25mm 1C-18Ni9Ti不锈钢圆盘,该极板表面粗糙度小于0.006μm;
阴极移动速率:80μm/s;
喷嘴直径:0.5mm;
施加的阴极电流在5~12mA范围内,采用恒电流方式。
3. 实验结果
a. 镀层厚度分布
其中心部分镀层较厚,边缘较薄。因为极板中心吸收了激光能量,使照射区温度升高,对流增强,扩散层变薄,使电沉积速率提高,电流密度增加,对边缘影响不大。
b. 喷嘴至阴极间距离的选择性影响
在激光功率0.8W,电流密度0.64A/cm2的条件下,在流速为2.76m/s时,阴极愈靠近喷口,镀金线的选择性愈好,而在流速为6.4m/s时,喷嘴至阴极距离L=4.5mm处,选择性最好。
c. 喷嘴至阴极距离L对电沉积速率的影响
在激光功率0.8W,电流5mA,喷嘴出口流速u=2.76m/s时,喷嘴至阴极距离L=4.5mm处的电沉积速率最大。这可能是由于喷射的“缩脉”现象,使喷射束横截面最小,实际电流密度增大,导致电沉积速率增大之故。
d. 流体流速对电沉积速率的影响
在激光照射下,反应区温度上升,使电荷传递速率加快,流体流速加大,使反应区温度下降,导致电荷传递速率下降,流体流速的增加使电沉积速率出现最大值。
e. 激光对电流效率的影响
在流体流速u=4.89m/s,激光照射功率为0.8W的条件下,在相同的电流密度条件下,有激光照射时,电流效率要比单一喷射镀高20%左右。这主要是因为电极表面吸收了激光的能量,使反应区域的温度有所升高,微区的镀液热对流增强,使扩散层变薄,使电流效率增加。
f. 激光辐射对电镀质量的影响
一般情况下直接在不加特殊处理的不锈钢基体上是无法获得结合良好的镀层的。而在激光喷射电镀的情况下,用胶带实验、刀割法均表明镀层与基体结合良好。用质谱仪对镀金线进行元素深度分布分析,结果表明,在基体与镀层之间有约0.2μm的“互融”层,使镀层与基体的结合力增强,可能是激光照射相互扩散所致。用扫描电镜来观察镀层表面的沉积形态,激光照射使电沉积金属的晶粒聚集直径变小,使镀层更加致密。