1. 激(ji)光強化噴射電鍍技術的應用(yong)
為了更好地將激光強化噴射電鍍技術應用于實際,復旦大學葉勻分、郁祖湛設計制作的一套激光強化噴射電鍍裝置,在不銹(xiu)鋼基體上直接局部電沉積金獲得成功。、
圖4-16為(wei)激光強(qiang)化噴射電(dian)鍍系統示意圖
該系(xi)統利(li)用氣(qi)體壓力輸送(song)液體,使鍍(du)液流速穩定。與鍍(du)液接觸材料(liao)均為聚乙(yi)烯、四氟(fu)乙(yi)烯和玻(bo)璃,避免了鍍(du)液被污染。
2. 實驗條件
鍍液組成(cheng):
化(hua)金鉀[KAu(CN)2] 7g/L 、 pH 6.4
磷酸鹽 180g/L 、 溫度(20±2)℃ 、添加劑 微量
激光功率:0.8W;
激光波長:514.5nm;
陽極:?0.5mm鍍鉑(bo)黑(hei)的鉑(bo)絲繞制而(er)成,其(qi)表觀面積約1.5c㎡;
陰極(ji):Φ25mm 1C-18Ni9Ti不銹鋼(gang)圓盤,該極(ji)板表面粗糙度小于0.006μm;
陰(yin)極(ji)移動速(su)率:80μm/s;
噴嘴直(zhi)徑:0.5mm;
施加的陰極(ji)電流(liu)在5~12mA范圍內(nei),采用恒電流(liu)方式(shi)。
3. 實驗結果
a. 鍍層(ceng)厚度分布
其中(zhong)心(xin)部分鍍(du)層較(jiao)厚,邊緣較(jiao)薄(bo)。因為極板中(zhong)心(xin)吸收了激(ji)光能量,使照射(she)區溫(wen)度升高,對流增強,擴散(san)層變薄(bo),使電(dian)沉積速(su)率(lv)提高,電(dian)流密度增加(jia),對邊緣影響(xiang)不(bu)大。
b. 噴嘴至陰極間距(ju)離的(de)選擇性影響
在(zai)激(ji)光功率0.8W,電流密度0.64A/cm2的(de)條件(jian)下(xia),在(zai)流速為2.76m/s時,陰(yin)極愈靠(kao)近噴口,鍍金(jin)線(xian)的(de)選擇性愈好,而在(zai)流速為6.4m/s時,噴嘴至陰(yin)極距離L=4.5mm處(chu),選擇性最好。
c. 噴嘴至陰極距離L對電沉積(ji)速率的影響
在激光功率0.8W,電(dian)流5mA,噴嘴(zui)出(chu)口流速(su)u=2.76m/s時(shi),噴嘴(zui)至陰極距離(li)L=4.5mm處的電(dian)沉積速(su)率最大。這可能是由于(yu)噴射(she)的“縮(suo)脈(mo)”現象,使噴射(she)束橫截面最小,實(shi)際電(dian)流密度增大,導致電(dian)沉積速(su)率增大之故。
d. 流體流速對電沉積(ji)速率的影響
在(zai)激光照射(she)下,反(fan)應(ying)區(qu)溫度上升,使電(dian)(dian)荷傳遞速(su)率(lv)加(jia)快,流體流速(su)加(jia)大,使反(fan)應(ying)區(qu)溫度下降,導致電(dian)(dian)荷傳遞速(su)率(lv)下降,流體流速(su)的增加(jia)使電(dian)(dian)沉積速(su)率(lv)出現最大值(zhi)。
e. 激光(guang)對(dui)電流(liu)效(xiao)率的影響
在流(liu)(liu)體流(liu)(liu)速u=4.89m/s,激光(guang)照射(she)(she)(she)功率為0.8W的條件(jian)下,在相同的電(dian)流(liu)(liu)密度條件(jian)下,有激光(guang)照射(she)(she)(she)時(shi),電(dian)流(liu)(liu)效率要比單一(yi)噴射(she)(she)(she)鍍(du)高(gao)20%左右。這(zhe)主要是因為電(dian)極表面吸(xi)收了激光(guang)的能量(liang),使反應區域的溫度有所升高(gao),微(wei)區的鍍(du)液熱(re)對流(liu)(liu)增(zeng)強,使擴散層變薄,使電(dian)流(liu)(liu)效率增(zeng)加。
f. 激光(guang)輻射對電鍍質量的影響
一般情況下直接在(zai)不加特(te)殊處理的不銹(xiu)鋼基(ji)體(ti)上是無法(fa)獲(huo)得結(jie)(jie)合良(liang)好(hao)的鍍(du)(du)層(ceng)的。而(er)在(zai)激(ji)光(guang)噴射(she)電(dian)鍍(du)(du)的情況下,用膠帶實驗、刀(dao)割法(fa)均表(biao)明(ming)鍍(du)(du)層(ceng)與基(ji)體(ti)結(jie)(jie)合良(liang)好(hao)。用質(zhi)譜儀對鍍(du)(du)金線進行元素深度分(fen)布分(fen)析,結(jie)(jie)果表(biao)明(ming),在(zai)基(ji)體(ti)與鍍(du)(du)層(ceng)之(zhi)間有約0.2μm的“互融”層(ceng),使(shi)鍍(du)(du)層(ceng)與基(ji)體(ti)的結(jie)(jie)合力增強,可能(neng)是激(ji)光(guang)照射(she)相互擴散(san)所致。用掃(sao)描電(dian)鏡(jing)來(lai)觀察(cha)鍍(du)(du)層(ceng)表(biao)面的沉積形態(tai),激(ji)光(guang)照射(she)使(shi)電(dian)沉積金屬(shu)的晶(jing)粒聚集直徑變小,使(shi)鍍(du)(du)層(ceng)更加致密。