水平震荡机械研磨对酸性镀铜微观结构的影响
冯长杰1,杜 楠1,王春霞1,何业东2
(1·南昌航空大学材料科学与工程学院无损检测技术教育部重点实验室,南昌330063;2·北京科技大学北京市腐蚀、磨蚀与表面技术重点实验室,北京100083)
摘要:在传统酸性镀铜液中加入玻璃球,玻璃球以不同频率在试样表面滚动-滑动形成机械研磨(MA)。利用SEM,XRD和AutoLab考察震荡频率对机械研磨增强镀层(MAEE)的微观结构、晶粒尺寸、沉积速率、孔隙率和在3.5%NaCl(质量分数)溶液中耐蚀性的影响。结果表明,与传统镀层(TEP)相比,水平震荡MA可显著减小TEP镀层的晶粒尺寸和孔隙率,显著提高TEP镀层的耐蚀性。在1.0~4.0Hz范围内,改变频率对MAEE镀层晶粒细化的影响不明显,当震荡频率为2.0Hz和3.0Hz时,由于MA的不均匀性,使MAEE镀层的性能下降,但仍明显优于TCP镀层。讨论了水平震荡频率对MAEE微观结构的影响机理。
关键词:机械研磨;电沉积;铜镀层;水平震荡;结构;耐蚀性
中图分类号:TQ153 文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2011)06-0081-06
近年来,与机械作用相关的表面纳米化技术备受关注。表面机械研磨处理(SMAT)[1]、球磨(BM)[2]、超音速喷丸(USP)[3]等技术已成功地应用于金属的表面纳米化处理,当介质金属球高速冲击试样表面时,能在材料表面产生强烈的塑性变形,制备具有纳米结构的表层,使其性能得到提高。然而,通过塑性变形来制备纳米化表层需要很高的能量。
以MA为基础的电沉积技术早在20世纪70年代已有报道[4,5]:通过控制多孔硬质粒子与阴极表面的接触,可快速电沉积,但是该方法使镀层不致密,且易使镀层剥落,最终没能在实际中应用。最近,研究发现,在镀液中加入玻璃球,玻璃球以3.5Hz以上频率和小振幅(1mm)垂直或水平碰撞试样表面形成MA,会使镀层晶粒显著细化,硬度和耐蚀性提高[6-8],但是,当震荡频率低于3.5Hz时,所制备镀层的表面粗糙度和耐蚀性能显著下降。因此,本研究在前期工作的基础上,增加震荡振幅至10mm,考察更低频率水平震荡MAEE对TEP酸性镀铜层微观结构与性能的影响,并探讨其机理。
1·实验材料及方法
为了提高镀层与基体的结合力,对尺寸为32mm×25mm×2mm的A3碳钢试样用150#,320#,800#的SiC水磨砂纸逐级打磨,在丙酮中超声清洗10min后,进行化学预镀镍处理。化学预镀镍配方如下:NiCl2·6H2O350g/L,H3BO335g/L。沉积温度70℃,时间5min。
