CN109112578A - 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法 - Google Patents

一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109112578A
CN109112578A CN201811038274.4A CN201811038274A CN109112578A CN 109112578 A CN109112578 A CN 109112578A CN 201811038274 A CN201811038274 A CN 201811038274A CN 109112578 A CN109112578 A CN 109112578A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electroforming
metal component
fine metal
structure fine
electroforming process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811038274.4A
Other languages
English (en)
Inventor
徐秀清
李发根
廖强
来维亚
吕乃欣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
CNPC Tubular Goods Research Institute
Original Assignee
China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
CNPC Tubular Goods Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Petroleum and Natural Gas Co Ltd, CNPC Tubular Goods Research Institute filed Critical China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority to CN201811038274.4A priority Critical patent/CN109112578A/zh
Publication of CN109112578A publication Critical patent/CN109112578A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D1/00—Electroforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/38—Electroplating: Baths therefor from solutions of copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/20—Electroplating using ultrasonics, vibrations

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，包括以下步骤：1)母模铸前处理；2)常规电铸处理；3)超声电铸处理；4)铸后处理。本发明可实现微细零部件具备梯度结构，并且内表面光滑，满足强度及硬度要求。

Description

一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法
技术领域
本发明属于功能结构微细部件制备技术领域，具体涉及一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法。
背景技术
随着我国工业的迅速发展，对一些形状复杂、精度要求较高的微细金属零部件需求大幅增加。这些微细零件，如波导管，不仅要求管内有较高的精度(尺寸精度、光洁度)，而且要求外部具有很高的耐磨性及硬度，同时整体部件要具有良好的塑性。传统的机械加工很难加工出复杂的微细部件；而粉末冶金、等离子喷涂和激光熔覆等方法制备的微细零件表面精度不高，而且成本较高。电铸技术作为制造金属制品最精密的手段，以其极高的复制精度和重复精度，无需任何加工即可直接制备出微细部件，这种技术已应用于微型传感器、微机械、薄壁异型微细零件等制造领域。
目前国内外电铸微细金属部件的制备主要依托LIGA技术，这种技术不仅工艺步骤比较复杂，而且成本费用昂贵。为寻求一种简单而经济的微细零件的电铸方法，许多学者将研究重点转向电流波形、添加剂及搅拌方式等电铸工艺参数对电铸层性能的影响。然而使用脉冲电铸或加入添加剂等方法获得的铸层均匀性差、表面易出现麻点、针孔甚至开裂等缺陷，而且铸层的硬度、塑性均不能满足使用要求。这些难题进一步限制了微细零件电铸技术的应用。
发明内容
为解决以上问题，本发明在电铸工艺的基础上引入了超声的作用，提供了一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，该方法可实现微细零部件具备梯度结构，并且内表面光滑，满足强度及硬度要求。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，包括以下步骤：
1)母模铸前处理；
2)常规电铸处理；
3)超声电铸处理；
4)铸后处理。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，母模选用铝质芯材，铸前处理包括除油、水洗及弱侵蚀，除油采用无水乙醇溶液。
本发明进一步的改进在于，步骤2)中，采用常规酸性硫酸铜溶液作为电铸液，以铜板作为阳极，电铸温度为20-40℃，阴极电流密度在1-6A/dm2范围内，进行电铸。
本发明进一步的改进在于，电铸液组成及含量为：CuSO4·5H2O 240-250g/L、H2SO460g/L、HCl 0-80g/L，余量为去离子水g/L。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，电铸过程结束后将待脱模的电铸材料置于20％NaOH溶液中，加热至80-100℃，待铝芯材溶解后将电铸零件取出水洗并吹干，并对其表面进行电化学抛光。
本发明进一步的改进在于，电化学抛光所用阴极为纯铜板，其工艺为温度25℃，阴极电流密度8A/dm2，直至将电铸零件抛至光亮为止。
本发明进一步的改进在于，电化学抛光采用的溶液组成及质量百分比为：41.5％磷酸，16.6％乙二醇，24.9％甘油，8.3％乳酸，余量为去离子水。
本发明具有如下有益的技术效果：
1、传统的机械加工很难加工出复杂的微细部件，而粉末冶金、等离子喷涂和激光熔覆等方法制备的微细零件表面精度低，且成本较高。电铸技术以其高复制精度和重复精度，是一种制造金属制品最精密的手段，与其它方法相比，工艺及操作简单，成本低。
2、在电铸工艺的基础上引入了超声的作用，可实现微细零部件具备梯度结构；(常规电铸结构为细晶，保证产品良好的塑性；超声电铸是为了获得柱状晶，保证零部件外部具有很高的耐磨性及硬度)
3、实施的电铸工艺和超声工艺，保证表面光滑无缺陷和良好的机械性能，适用于机械和铸造等加工方式难以获得的微细复杂结构。
附图说明
图1为本发明超声电铸用装置的结构示意图。
图中：1-超声波发生装置；2-泡沫板；3-直流电源；4-阳极；5-阴极。
图2为实施例1制备所得电铸铜小型波纹管形貌，其中编号1为柱状晶；2为过渡区；3为细晶区。
图3为实施例2制备所得电铸铜某测定部件形貌。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
本发明提供的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，包括以下步骤：
1)母模铸前处理，为了更好的脱模
母模选用铝质芯材，因其脱模性能较好。其铸前处理流程为：除油、水洗及弱侵蚀，除油采用无水乙醇溶液，弱侵蚀。
2)常规电铸处理，获得细晶结构，保证零部件产品的良好塑性
采用常规酸性硫酸铜溶液作为电铸液，含磷为0.02％的铜板作为阳极，电铸温度为20-40℃，阴极电流密度在1-6A/dm2范围内，电铸时间根据零件厚度要求选定。
其中，电铸液组成及含量为：CuSO4·5H2O 240-250g/L、H2SO4 60g/L、HCl 0-80g/L，余量为去离子水。
3)超声电铸处理，为了获得柱状晶，保证零部件外部具有高的耐磨性及硬度
步骤2)常规电铸后，对常规电铸系统施加超声处理，超声频率为40kHZ，超声电铸装置如图1所示，包括超声波发生装置1、泡沫板2、直流电源3、阳极4和阴极5。超声电铸工艺与步骤2)常规电铸工艺相同，时间根据零件梯度厚度要求选定，一般不超过4h。
4)铸后处理
电铸过程结束后将待脱模的电铸材料置于20％NaOH溶液中，加热至80-100℃，待铝芯材溶解后将电铸零件取出水洗并吹干，并对其表面进行电化学抛光。
电化学抛光所用阴极为纯铜板，其工艺为温度25℃，阴极电流密度8A/dm2，直至将电铸零件抛至光亮为止。
其中，电化学抛光采用的溶液组成及质量百分比为：41.5％磷酸，16.6％乙二醇，24.9％甘油，8.3％乳酸，余量为去离子水。
实施例1：
第一步：母模铸前处理
母模选用铝质小型波纹管，其依次进行除油、水洗及弱侵蚀；
第二步：常规电铸处理
采用常规酸性硫酸铜溶液作为电铸液，含磷约0.02％的铜板作为阳极，电铸温度为25℃，阴极电流密度3A/dm2，电铸时间3h；
其中，电铸液组成及含量为：CuSO4·5H2O 240-250g/L、H2SO4 60g/L、HCl 0-80g/L，余量为去离子水。
第三步：超声电铸处理
电铸温度为25℃，阴极电流密度3A/dm2，超声频率为40kHZ，超声电铸时间3h；
第四步：铸后处理
将待脱模的波纹管置于20％NaOH溶液中，加热至90℃，待铝芯材溶解后将电铸零件取出水洗并吹干，并对其表面进行电化学抛光。电化学抛光所用阴极为纯铜板，其工艺为温度25℃，阴极电流密度8A/dm2，直至将电铸零件抛至光亮为止。
所得电铸铜小型波纹管厚度约为100μm，具有组织结构梯度，其内表面光滑无缺陷，能够在一定范围内弯曲而不变形。制备所得电铸铜小型波纹管形貌如图2所示。
实施例2：
第一步：母模铸前处理
母模选用铝质某测定部件，其依次进行除油、水洗及弱侵蚀；
第二步：常规电铸处理
采用常规酸性硫酸铜溶液作为电铸液，含磷约0.02％的铜板作为阳极，电铸温度为30℃，阴极电流密度5A/dm2，电铸时间72h；
其中，电铸液组成及含量为：CuSO4·5H2O 240-250g/L、H2SO4 60g/L、HCl 0-80g/L，余量为去离子水。
第三步：超声电铸处理
电铸温度为30℃，阴极电流密度5A/dm2，超声频率为40kHZ，超声电铸时间3h；
第四步：铸后处理
将待脱模的某测定部件置于20％NaOH溶液中，加热至90℃，待铝芯材溶解后将电铸零件取出水洗并吹干，并对其表面进行电化学抛光。电化学抛光所用阴极为纯铜板，其工艺为温度25℃，阴极电流密度8A/dm2，直至将电铸零件抛至光亮为止。
所得电铸铜部件内表面完整地复制出了与铝芯模外表面结构，且光滑无缺陷，这种微细复杂的结构是用机械和铸造等方法难以加工出来的。制备所得电铸铜某测定部件形貌如图3所示。

Claims (7)

1.一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)母模铸前处理；
2)常规电铸处理；
3)超声电铸处理；
4)铸后处理。
2.根据权利要求1所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，步骤1)中，母模选用铝质芯材，铸前处理包括除油、水洗及弱侵蚀，除油采用无水乙醇溶液。
3.根据权利要求2所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，步骤2)中，采用常规酸性硫酸铜溶液作为电铸液，以铜板作为阳极，电铸温度为20-40℃，阴极电流密度在1-6A/dm2范围内，进行电铸。
4.根据权利要求3所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，电铸液组成及含量为：CuSO4·5H2O 240-250g/L、H2SO4 60g/L、HCl 0-80g/L，余量为去离子水g/L。
5.根据权利要求3所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，步骤3)中，电铸过程结束后将待脱模的电铸材料置于20％NaOH溶液中，加热至80-100℃，待铝芯材溶解后将电铸零件取出水洗并吹干，并对其表面进行电化学抛光。
6.根据权利要求5所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，电化学抛光所用阴极为纯铜板，其工艺为温度25℃，阴极电流密度8A/dm2，直至将电铸零件抛至光亮为止。
7.根据权利要求5所述的一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法，其特征在于，电化学抛光采用的溶液组成及质量百分比为：41.5％磷酸，16.6％乙二醇，24.9％甘油，8.3％乳酸，余量为去离子水。
CN201811038274.4A 2018-09-06 2018-09-06 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法 Pending CN109112578A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811038274.4A CN109112578A (zh) 2018-09-06 2018-09-06 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811038274.4A CN109112578A (zh) 2018-09-06 2018-09-06 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109112578A true CN109112578A (zh) 2019-01-01

Family

ID=64858898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811038274.4A Pending CN109112578A (zh) 2018-09-06 2018-09-06 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109112578A (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647345A (en) * 1986-06-05 1987-03-03 Olin Corporation Metallurgical structure control of electrodeposits using ultrasonic agitation
CN101328600A (zh) * 2008-07-08 2008-12-24 河南科技大学 电铸复合加工装置及该装置用电铸槽
CN102127784A (zh) * 2010-01-20 2011-07-20 中国科学院金属研究所 一种电镀Cu叠层膜及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647345A (en) * 1986-06-05 1987-03-03 Olin Corporation Metallurgical structure control of electrodeposits using ultrasonic agitation
CN101328600A (zh) * 2008-07-08 2008-12-24 河南科技大学 电铸复合加工装置及该装置用电铸槽
CN102127784A (zh) * 2010-01-20 2011-07-20 中国科学院金属研究所 一种电镀Cu叠层膜及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
QIANG LIAO 等: "Mechanical properties of electroformed copper layers with gradient microstructure", 《INT. J. MINER. METALL. MATER.》 *
张允诚 等: "《电镀手册》", 31 January 2007 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahebrao Ingole et al. Rapid prototyping–a technology transfer approach for development of rapid tooling
Yarlagadda et al. Feasibility studies on the production of electro-discharge machining electrodes with rapid prototyping and the electroforming process
CN105803493B (zh) 复杂薄壁型面制造的微幅运动镂空阳极电铸系统及方法
Hernández et al. Electroforming applied to manufacturing of microcomponents
CN106654500A (zh) 微小金属矩形波导电化学制造方法
CN106141339A (zh) 一种多电极微细电火花成形加工方法和装置
CN110350288A (zh) 太赫兹空芯矩形波导的批量高效整体制造方法
KR101871350B1 (ko) 쥬얼리 제조 방법
Hsu et al. EDM electrode manufacturing using RP combining electroless plating with electroforming
CN102125998A (zh) 涡轮增压器压气机叶轮模具的制作方法
Phull et al. Copper electroforming optimization for fused deposition modeling produced ABS components for indirect tooling applications
CN109112578A (zh) 一种利用电铸工艺制备梯度结构微细金属部件的方法
CN102212773A (zh) 一种热喷涂快速制作钢基模具的方法
CN106544705A (zh) 精密电铸微复型金属微结构的制作方法
Lan et al. Deformation analysis and improvement method of the Ni-P mold core in the injection molding process
Sood et al. Feasibility of FDM-electroplating process for EDM electrode fabrication
CN102691079B (zh) 快速制造低温合金浇注模具的方法
Zhao et al. Experimental study on uniformity of copper layer with microstructure arrays by electroforming
CN102154676B (zh) 电沉积强化低熔点金属熔射模的方法
Alamro et al. Effect of a rapid tooling technique in a 3D printed part for developing an EDM electrode
CN112059335B (zh) 用于旋印电解加工的多窗口回转体工具电极制备方法
CN102108534A (zh) 基于超声脉冲电沉积和熔射成形的模具制造方法及模具
CN101643923B (zh) 利用超声波和激光共同作用的电铸方法和电铸设备
Zhu et al. A hybrid process for complex-shaped parts electroforming
Phull et al. Electroforming defects during metal deposition on plastic substrate produced by additive manufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190101

RJ01 Rejection of invention patent application after publication