题目：阳极形状和阴极屏蔽参数对电铸镍层厚度和组织均匀性影响

 

电铸技术由于是通过金属电沉积的方法制取金属零部件的一种特种加工技术，因此具有很高的复制精度。电铸镍具有良好的强度、韧性和耐腐蚀性等性能，因而可应用于传统工艺难以加工的、尤其是形状复杂的零部件。电铸层厚度的均匀性对整个电铸零件的性能有着决定性的影响，而传统电铸零件为解决厚度均匀性问题常采用后机械加工的方法，而无法真正解决铸层的组织均匀性。基于此，研究阳极形状和阴极屏蔽参数对电铸镍层厚度和组织均匀性的影响具有重要的理论意义和工程应用价值。

本文研究了直流电铸镍工艺中的溶液组成对铸镍层性能的影响；利用优化的直流电铸镍工艺，针对电铸平板样品和圆锥体样品时出现的铸层不均匀现象，采用ANSYS软件对其电铸电场进行了仿真模拟分析和优化，并利用不同阳极参数和阴极参数（辅助阴极和阴极屏蔽）来改善电铸镍层厚度和组织均匀性，并获取其影响规律，同时进行了相关的实际电铸试验。

研究结果表明：随着体系中氨基磺酸镍含量的逐渐增大，铸镍层柱状组织越来越明显、且柱状组织越来越粗大，内应力和抗拉强度均逐渐减小，延伸率则呈逐渐增大的趋势；随着体系中氯化镍含量的不断增大，铸镍层柱状组织先粗化后再细化，内应力逐渐增大，抗拉强度先降后升，延伸率则逐渐减小；随着体系中添加剂含量的增大，铸镍层柱状组织先逐渐细化后再逐渐粗化，铸镍层的抗拉强度和延伸率均呈现先逐渐增大后再降低的趋势；当氨基磺酸镍含量为300g/L、氯化镍为3g/L时，获得了综合性能优异的铸镍层，铸镍层内应力为60.7MPa、抗拉强度为811.7MPa、延伸率为23.5%；电铸平板样品时，阳极面积大于阴极面积时，阴极表面电场强度的随阳极面积增大而增大；阳极面积小于阴极面积时，阴极表面电场强度的随阳极面积减小而增大；阳极面积和阴极面积相等时，阴极表面电场强度的最小，电铸层厚度分布最均匀；大阳极被分割成小阳极时，随分割小阳极数量的增多及阳极间距减小，阴极表面电场强度的减小，电铸层厚度分布更趋均匀；采用辅助阴极时，阴极表面电场强度的随辅助阴极距样品间距的增大呈先减小后增大的趋势；电铸圆锥体样品时，利用阳极优化方法可以在一定程度上改善电铸层的均匀性；采用阴极屏蔽法时，不同的屏蔽参数有不同的影响，其中当采用折行的屏蔽板时其屏蔽效果最佳，电铸层的厚度均匀性分布得到明显改善；采用辅助阴极时，阴极表面电场强度的随着辅助阴极半径的增大呈先减小后增大的趋势；当综合设计时，阴极表面电场强度分布得到明显改善。此外，当采用优化后的象形阳极和辅助阴极时，进行实际电铸圆锥形样品时其电铸层厚度均匀性分布与仿真实验结果相吻合，且铸层厚度相近时其对应的组织结构也相似。