超聲波在金屬鍍層制備中的應(yīng)用
超聲波條件下制備的鍍層具有晶粒精細(xì)致密、硬度高、耐腐蝕性好和內(nèi)應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)應(yīng)用于鎳、銅等單質(zhì)金屬鍍層和合金鍍層的制備，采用超聲波可以提高生產(chǎn)效率，改善鍍層表面質(zhì)量，電鍍電源優(yōu)化鍍層性能。
在超聲波和無超聲波條件下制備鎳鍍層和復(fù)合電鍍金剛石磨具，研究超聲波對鎳鍍層性能和復(fù)合電鍍金剛石磨具的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電鍍鎳過程中引入超聲波，可以提高鍍層硬度，超聲波P為200W時(shí)，硬度最大達(dá)到510HV;在超聲波作用下，鎳鍍層的晶粒細(xì)小，鍍層呈現(xiàn)壓應(yīng)力狀態(tài)，鎳鍍層晶粒細(xì)化、加工硬化和存在壓應(yīng)力是超聲波電鍍鎳層硬度提高的主要因素;超聲波可以提高鍍鎳層對金剛石顆粒的包裹能力，提高金剛石磨具的加工性能。電解電源Vasudevan等在瓦特鍍鎳過程中引入f為22kHz、P為0～500W的超聲波，研究其對鎳鍍層性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用超聲波可以減少析氫從而提高了沉積速度和允許使用的電流密度，并且極大的提高陰極電流效率，降低鎳鍍層內(nèi)應(yīng)力，提高耐磨性能以及抗疲勞強(qiáng)度，顯微硬度由350HV提高到450HV，所獲得的鍍層表面粗糙度由0．96μm降低到0．56μm。Jensen等研究了高頻超聲波強(qiáng)化鎳離子沉積的機(jī)理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，瓦特型鍍鎳液中，采用頻率為1MHz的超聲波，三維溝槽底部和溝壁上鎳鍍層厚度均勻，超聲射流和駐波對鎳鍍層形貌有顯著的影響。
利用超聲波電鍍技術(shù)在AZ91D鎂合金表面電鍍銅，觀察銅鍍層表面質(zhì)量，無超聲波電鍍所得銅鍍層表面晶粒粗糙，結(jié)合力較差;而利用超聲波電鍍技術(shù)所得銅鍍層表面晶粒均勻、平整，結(jié)合力強(qiáng)，耐蝕性較好;掃描電子顯微(SEM)觀察顯示80W超聲功率下得到的鍍層表面比40W超聲功率鍍層表面平整。趙鵬等研究了超聲波對泡沫銅結(jié)構(gòu)及性能影響，施加功率為300W的超聲波使銅層晶粒細(xì)化，組織致密，且表面粗糙度低，避免了電鍍銅表面的結(jié)瘤現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度可提高2倍以上，可減少機(jī)械加工成型時(shí)的斷裂現(xiàn)象。Hong等在有無超聲波作用條件下，以鈦合金為基體，比較在水溶液和有機(jī)溶液中制備銅鍍層的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波減少了銅層的內(nèi)應(yīng)力。Chen等在超聲波條件下分別利用直流電流和脈沖電流在盲孔中電鍍銅，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波電鍍可以減少陰極表面附近液層的擴(kuò)散層厚度，提高鍍層質(zhì)量。長寬比小于3∶1的盲孔，電鍍中無論是否應(yīng)用超聲波，用脈沖電流即可獲得完整鍍層;長寬比大于3∶1的盲孔，采用超聲波攪拌好于機(jī)械攪拌，可以提高陰極附近粒子濃度，有利于粒子的沉積，獲得完整鍍層。
利用酸性氯化物鍍液在低碳鋼上鍍鋅的研究結(jié)果表明，超聲波作用除了可以提高鍍層的硬度外，還可顯著增強(qiáng)低碳鋼表面鋅鍍層的抗腐蝕性能，主要因?yàn)槌暱栈饔脺p少了鍍層的孔隙率，使得鋅鍍層更加致密。
Takashi等利用超聲波在銅基體上制備了銥鍍層，測試鍍層表面質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鍍液中加入5mmol/L的丙三醇，電鍍過程中應(yīng)用超聲波頻率為20kHz時(shí)制備的鍍層比無超聲波條件下制備鍍層的表面裂紋少，內(nèi)應(yīng)力小，而且將陰極電流效率提高了10%。鍍層無論是否使用丙三醇作為添加劑，超聲波都可以減少鍍層的內(nèi)應(yīng)力。
超聲波超聲波清洗設(shè)備作用下制備的錫-鈰合金鍍層光亮，呈銀白色，結(jié)晶更均勻細(xì)致，以Sn(101)晶面為主，擇優(yōu)取向明顯，無超聲波作用下所得鍍層以Sn(101)和Sn(112)晶面為主，擇優(yōu)取向較弱;超聲波作用下所得錫-鈰合金鍍層的綜合性能優(yōu)良，結(jié)合力強(qiáng)，可焊性理想，尤其抗氧化性能和耐蝕性能更優(yōu)于無超聲波作用下所得的鍍層;超聲波加快電極過程超聲波清洗機(jī)，優(yōu)化鍍液性能，提高了電沉積速率，有利于錫-鈰合金共沉積的形成。超聲波電鍍Ni-Fe合金的研究結(jié)果表明，頻率為24．8kHz超聲波條件下制備的鍍層中Fe含量明顯高于37．9kHz條件下獲得的鍍層，但鍍層的內(nèi)應(yīng)力增加，在鍍液中加入糖精，可以減小內(nèi)應(yīng)力。高頻開關(guān)電源研究還發(fā)現(xiàn)，超聲波影響Ni-Co合金電沉積層機(jī)械性能和Co含量，隨著超聲波功率的增加，Ni-Co合金中鈷含量減少，合金鍍層的硬度顯著增加，韌性也有所提高。