精密電鑄微成型裝備設(shè)計(jì)及其工藝實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、電鑄是一種基于電化學(xué)沉積的精密加工制造技術(shù),有著其它加工技術(shù)無(wú)法比擬的復(fù)制精度和尺寸精度。它經(jīng)濟(jì)實(shí)用,加工成本較低,在一些異型、復(fù)雜的精密微細(xì)零件制作中甚至是唯一的加工方法。同時(shí)電鑄又是一種影響因素多,表面質(zhì)量缺陷多的,并且沉積機(jī)理研究不夠透徹的加工制造方法。因此非常有必要對(duì)該制造工藝進(jìn)行深入研究。本文設(shè)計(jì)了具有特色的電鑄成型裝備,提出了攪拌方案,對(duì)流場(chǎng)和電流場(chǎng)進(jìn)行有限元分析,采用屏蔽方法改善沉積質(zhì)量,接著進(jìn)行了各種因素的單因素實(shí)驗(yàn),總

2、結(jié)了影響規(guī)律。采用不同軌跡的陰極移動(dòng)方式,研究了不同軌跡對(duì)沉積層的影響。最后進(jìn)行了關(guān)于半導(dǎo)體光伏薄膜電化學(xué)沉積的探索性實(shí)驗(yàn),結(jié)果和電鑄類似,得出電位和攪拌是薄膜沉積的關(guān)鍵因素。
　　 本文所做的主要內(nèi)容如下:
　　 1.設(shè)計(jì)機(jī)電一體的電鑄裝備。針對(duì)電鑄工藝要求,本論文設(shè)計(jì)了電鑄成型裝備。該裝備的特點(diǎn)是可同時(shí)采用雙缸工作,制作效率成倍提高；采用PLC集中控制電氣元件；具有旋轉(zhuǎn)攪拌裝置和多軌跡移動(dòng)攪拌工作臺(tái),可用于研究最佳攪

3、拌的方式；采用A/D模塊處理溫度信號(hào)進(jìn)行精確的溫度控制,同時(shí)A/D模塊也用于PH值的檢測(cè)。這些措施為精密電鑄工藝提供良好保證。
　　 2.液體流場(chǎng)和電流場(chǎng)有限元分析。由于溶液流動(dòng)形式對(duì)電化學(xué)傳質(zhì)有積極的影響,本文在有初速度的條件下,利用流體分析模塊FLOTRAN CFD對(duì)電鑄液的流場(chǎng)做有限元分析,結(jié)果得出增加垂直于表面方向的流動(dòng)速度,可以使溶液深入微槽,增加溶液的分散性和均勻性；由于電鑄的邊緣效應(yīng)使得無(wú)論極間距是否相等,總會(huì)出現(xiàn)

4、不均勻現(xiàn)象,應(yīng)用了有限元分析軟件ANSYS對(duì)陰極表面的電流場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,采用屏蔽陰極改善沉積層的均勻性,并且優(yōu)化了屏蔽距離。
　　 3.精密電鑄實(shí)驗(yàn)。在電鑄實(shí)驗(yàn)中,為了得到更多的可調(diào)電參數(shù),電源采用專門定制的正負(fù)脈沖電源；電鑄液采用低應(yīng)力、高效率的氨基磺酸鎳做主鹽。然后采用304不銹鋼作陰極基底做關(guān)于平均電流密度、頻率、占空比、溫度對(duì)表面粗糙度、內(nèi)應(yīng)力影響的單因素實(shí)驗(yàn),討論了各因素的影響規(guī)律。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后,得出平均電

5、流密度是鑄層內(nèi)應(yīng)力的最顯著因素,其次是溫度的影響；占空比是表面粗糙度的最顯著因素。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),得到最佳的電鑄規(guī)范為:平均電流密度5A/dm2,占空比0.2,頻率1500Hz,溫度60℃。還分別設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)攪拌和由編程實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)攪拌,用于研究對(duì)流傳質(zhì)的形式對(duì)沉積層質(zhì)量的影響,結(jié)果證明了波浪型的攪拌有利于溶液深入細(xì)槽內(nèi),得到更均勻的鑄層,這和流場(chǎng)分析的結(jié)果一致。
　　 4.電化學(xué)沉積光伏薄膜實(shí)驗(yàn)。主要探索了銅銦硒(CIS)三元電化