專利名稱：電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用電鑄(原理同合金電沉積)在經(jīng)精細加工的可剝性或可溶性芯模上制取成分為鎳鈷合金薄壁零件(幾十 幾百Pm)的方法，本發(fā)明方法屬于合金電沉積、精密制造技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合。技術(shù)背景
金屬或合金從其化合物水溶液、非水溶液或熔鹽中電化學沉積的過程稱為電沉積，它是金屬電解冶煉、電解精煉、電鍍、電鑄過程的基礎(chǔ)。電沉積在機械，微電子，冶金，化工，航空航天等領(lǐng)域都有廣泛的應用。電鑄是利用金屬或非金屬(做導電處理)的物體型(芯)模作為陰極，在其表面進行金屬電沉積，然后將金屬電沉積層與型(芯)模分離，得到復制品的エ藝過程。近幾十年來，電鑄在エ業(yè)中的應用日漸廣泛，主要用來制取各種難以用機械加工方法制得的或是加工成本很高的零件。近幾年來，エ業(yè)的迅速發(fā)展使得對各種精密異型、復雜微細的金屬零部件的需求大幅増加，加上各種相關(guān)模具的制造要求，電鑄作為ー種精密制造技術(shù)已受到高度重視；另一方面，電子、電化學、材料等領(lǐng)域的技術(shù)進步使電鑄技術(shù)發(fā)生了很大的變化，エ藝水平大大提高，應用范圍日益廣泛。目前對電鋳工藝技術(shù)的研究向三個方面深入發(fā)展ー是研究新型的電鑄材料和エ藝裝備；ニ是探索復制特型零件的エ藝方法；三是研究微細電鑄進行精密和超精密加工。目前，國內(nèi)外對鎳鈷及鎳銅合金的電沉積エ藝都有深入的研究，對于鎳鈷合金用于電鑄エ藝也有一定的研究，這主要基于鎳鈷合金優(yōu)良和特殊的功能性(如導磁、可焊、韌性好)。但鎳鈷合金電鑄エ藝總的エ藝流程設(shè)計、為獲得特別均勻壁厚(壁厚差< 10%)的電鑄件對電源設(shè)備的選擇、脈沖電源參數(shù)的選擇、光亮高韌性低應カ電鑄件電鑄液配方體系的設(shè)計、乃至電鑄液添加劑的選擇等在國內(nèi)外的研究仍比較匱乏。本發(fā)明側(cè)重于研究電鑄(電沉積)エ藝中使用脈沖電源，各種電源參數(shù)對沉積鎳鈷合金的影響，通過各種實驗優(yōu)選最佳エ藝參數(shù)。(型)芯模材質(zhì)的選擇和精密加工也是本流程的重要エ藝過程，精密加工中除了依據(jù)設(shè)計因素還要考慮電鑄エ藝要求和后續(xù)脫摸?？蓜冃孕灸＿m于形狀不太復雜及軸向尺寸較小的零件，形狀較復雜的零件應選擇可溶性芯摸。零件脫模后根據(jù)使用要求還會進行出光、打毛刺、線切割、著色、除氫、熱處理等后處理ェ序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供ー種電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，用于制造特殊的精密薄壁，具有特定功能的合金零件。エ業(yè)中其他制造此類零件的方法有精密鋳造(如失蠟鑄造)、沖壓成型等。但此類傳統(tǒng)方法對于制造薄壁(壁厚在幾十Pm左右)，形狀復雜的零件(如尺寸很小精密的波紋管、異性冷屏件等)極其困難，甚至是無法解決的。而采用電鑄的方法則為獲取此類成分特殊、功能特殊、表面質(zhì)量優(yōu)異的合金薄壁件提供了切實可行的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是利用合金電沉積原理，在預先設(shè)計并加工好的型(芯)模上鍍覆特定厚度的鍍層，然后脫掉或溶掉芯模得到薄壁電鑄件。整個エ藝流程為基于所需零件形狀設(shè)計制造型(芯)模(包括可剝性或可溶性芯模的選材)、芯模的前處理、電鑄(合金電沉積)過程、脫?；蛉苣?、電鑄件出光修整、除氫熱處理等。具體制備步驟包括如下(如圖I所示)
(1)根據(jù)所需薄壁零 件的形狀及尺寸選擇芯?；?，軸向尺寸在15_以下，內(nèi)腔平滑的零件可使用可剝性芯模；其余情況下使用可溶性芯模；
(2)選用可剝性芯模需要進行除油、拋光(機械、化學、電解)和鈍化處理，以利后續(xù)脫模；選用可溶性芯模要施行除油、浸鋅或陽極氧化處理，否則難以在芯模上電沉積；
(3)將步驟(2)中表面處理過的芯模放入預配好的電鑄液中進行電鑄(合金電沉積)，與電源陰極相連，沉積時間根據(jù)鑄層厚度要求和陰極電流密度及陰極電流效率確定；
(4)電鑄完成后，可剝性芯?？梢圆捎脵C械或手工方式脫模；可溶性芯模在配制的堿性脫膜液中溶解芯模；
(5)脫模后的電鑄件需要進行出光處理，消除內(nèi)腔殘留的堿式鹽和其它難溶物，及表面沾污或氧化膜，電鑄件內(nèi)腔及表面在脫模中會有輕微的腐蝕或沾污，通過此工序使電鑄件表面更加光潔；然后對塑性、韌性要求較高或者存在殘余應力電鑄件，應進行真空除氫和熱處理。所述可剝性芯模為奧氏體或鐵素體不銹鋼，芯?？煞磸褪褂谩Ｋ隹扇苄孕灸橛蹭X和超硬鋁合金，易于加工，成本較低廉的材料。所述電鑄液采用硫酸鹽體系，其中，NiSO4的加入量為200 350g/l，CoSO4的加入量為3 20 g/1, H3BO3 (緩沖劑)加入量為15 60 g/1, NaCl的加入量為5 30 g/1,添加劑的加入量為0. I 5 g/1，鑄液溫度保持在35 70°C，并保持鑄液的流動速率為0. 5 10m/s,以便消除雜質(zhì)。所述添加劑為非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑有機多元醇或烷基氨基磺酸，均為普通市售。所述步驟(3)中，對于鑄層壁厚均勻度要求< 90%的零件可采用直流電源，電壓為2 5V，電流為3 10 A / dm2 ;對于壁厚均勻度要求彡90%的零件應采用脈沖電源，脈沖電流波形為方波，通斷比為3:1 10: 1，平均電流密度為I IOA / dm2。所述步驟(4)中的堿性脫模液是NaOH和酒石酸鉀鈉的混合溶液，溶液中NaOH濃度為100 200g/l，酒石酸鉀鈉的濃度為5 25 g/1。反應中有大量氫氣溢出，可輔之以超聲震動加速脫模進程并利于排氣。所述步驟(5)中電鑄件的韌性為延伸率S > 15%或者沖擊韌性Ak > 15kJ。所述步驟(5)中真空除氫和熱處理的條件為在真空度為10° 10_2Pa，溫度180°C 350°C的條件下處理I 4h。


圖I為本發(fā)明工藝流程示意圖。
具體實施例方式 下面將通過附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳述，但本發(fā)明不限于以下所述范圍。實施例I :本實施例電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法具體包括以下步驟(如圖I所示)(1)某紅外探測儀用冷屏件，由于其特殊的物理功能要求須采用鎳鈷合金材質(zhì)，壁厚50 100微米，軸向尺寸較大，是非軸對稱的薄壁異形件，使用可溶性芯模(硬鋁鋁合金LY12)；
(2)可溶性芯模要施行除油、浸鋅或陽極氧化處理；
(3)將步驟(2)中表面處理過的芯模放入預配好的電鑄液中進行電鑄(電鑄液的配比為=NiSO4的加入量為350g/l，CoSO4的加入量為13 g/1, H3BO3加入量為30g/l，NaCl的加入量為30 g/1,添加劑有機多元醇的加入量為3g/l)，與電源陰極相連；對于鑄層壁厚均勻度要求< 90%的零件采用直流電源，電壓為2V，電流為10 A / dm2,電鑄時間40 90min。
(4)電鑄完成后，可溶性芯模在配制的堿性脫膜液中溶解芯模，(堿性脫模液中NaOH濃度為100g/l、酒石酸鉀鈉濃度為5g/l)脫模過程中由于放出大量熱量對脫模液無需加熱，反應速度過慢可酌量添加NaOH ；
(5)脫模后的電鑄件需要進行出光處理，然后對韌性要求高的電鑄件(電鑄件的韌性為延伸率5 > 15%)，進行真空除氫和熱處理(真空度為10° 10_2Pa，溫度180°C的條件下處理，時間4h)。實施例2
與實施例I的步驟相同，不同的是步驟(3)中電鑄采用的電壓為3V，電流為5 A / dm2。實施例3:
與實施例I的步驟相同，不同的是步驟(3)中電鑄采用的電壓為5V，電流為3 A / dm2。實施例4 :本實施例電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法具體包括以下步驟(如圖I所示)
(1)某紅外探測器制冷機用微型波紋管，直徑2 4mm,長度5 15mm,壁厚50 60微米，每個螺紋間距100微米，須用鎳鈷合金基材，是典型的軸對稱零件，但對尺寸精度，壁厚均勻度，疲勞壽命要求很高，使用可溶性芯模(硬鋁鋁合金=LYll)；
(2)選用可溶性芯模要施行除油、浸鋅或陽極氧化處理；
(3)將步驟(2)中表面處理過的芯模放入預配好的電鑄液中進行電鑄(電鑄液的配比為=NiSO4的加入量為250g/l, CoSO4的加入量為20 g/1, H3BO3加入量為15 g/1, NaCl的加入量為20 g/1，添加劑烷基氨基磺酸的加入量為0. I g/1)，與電源陰極相連；對于壁厚均勻度要求> 90%的零件應采用脈沖電源，脈沖電流波形為方波，通斷比為4:1，平均電流密度為3A / dm2;電鑄時間60 90min。電鑄槽中采用循環(huán)過濾泵加速溶液的流動，并及時濾掉沉淀物，該措施也有助于鑄層的均勻性。(4)電鑄完成后，可溶性芯模在配制的堿性脫膜液中溶解芯模；(堿性脫模液中NaOH濃度為150g/l、酒石酸鉀鈉濃度為20 g/1)
(5)脫模后的電鑄件需要進行出光處理，然后對韌性要求高的電鑄件(電鑄件的沖擊韌性Ak > 15kJ)，進行真空除氫和熱處理(真空度為10° 10_2Pa，溫度250°C的條件下處理，時間3h)。實施例5
與實施例4的步驟相同，不同的是步驟(3 )中電鑄采用通斷比為10:1，平均電流密度為IOA / dm2。實施例6 :本實施例電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法具體包括以下步驟(如圖I所示)
(1)紅外探測儀用冷屏件基座，要求采用鎳鈷合金材質(zhì)，壁厚70 80微米，軸向尺寸較小(5 8_)，是軸對稱的薄壁異形件。該零件尺寸、結(jié)構(gòu)及工藝要求適合采用奧氏體不銹鋼材質(zhì)的可剝性芯模=CrNi18Ti9 ；
(2)選用可剝性芯模需要進行除油、拋光和鈍化處理；
(3)將步驟(2)中表面處理過的芯模放入預配好的電鑄液中進行電鑄(電鑄液的配比為=NiSO4的加入量為200g/l，CoSO4的加入量為3 g/1, H3BO3加入量為60 g/1, NaCl的加入量為5 g/1,添加劑烷基氨基磺酸的加入量為5 g/1)，與電源陰極相連；對于壁厚均勻度要求> 90%的零件應采用脈沖電源，脈沖電流波形為方波，通斷比為3:1，平均電流密度為IA / dm2,電鑄時間40 90min。(4)電鑄完成后，可剝性芯?？梢圆捎脵C械或手工方式脫模；可溶性芯模在配制的堿性脫膜液中溶解芯模；(堿性脫模液中NaOH濃度為200g/l、酒石酸鉀鈉的濃度為25 g/1)
(5)脫模后的電鑄件需要進行出光處理，然后對存在殘余應力的電鑄件，進行真空除氫和熱處理(真空度為10° 10_2Pa，溫度350°C的條件下處理，時間lh)。
權(quán)利要求
1.ー種電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于具體制備步驟包括如下 (1)根據(jù)所需薄壁零件的形狀及尺寸選擇芯?；?，軸向尺寸在15_以下，內(nèi)腔平滑的零件使用可剝性芯模；其余情況下使用可溶性芯模； (2)選用可剝性芯模需要進行除油、拋光和鈍化處理；選用可溶性芯模要施行除油、浸鋅或陽極氧化處理； (3)將步驟(2)中表面處理過的芯模放入預配好的電鑄液中進行電鑄，與電源陰極相連； (4)電鑄完成后，可剝性芯模采用機械或手工方式脫模；可溶性芯模在配制的堿性脫膜液中溶解芯模； (5)脫模后的電鑄件需要進行出光處理，然后對韌性要求高或者存在殘余應カ的電鑄件，進行真空除氫和熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述可剝性芯模為經(jīng)拋光和鈍化處理后的奧氏體不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述可溶性芯模為硬鋁鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述電鑄液的配比為=NiSO4的加入量為200 350g/l, CoSO4的加入量為3 20 g/1, H3BO3加入量為15 60 g/1, NaCl的加入量為5 30 g/1,添加劑的加入量為0. I 5 g/1。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于保持鑄液溫度保持在35 70°C，鑄液的流動速率為0. 5 10. Om / S。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述添加劑為有機多元醇或烷基氨基磺酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述步驟(3)中，對于鑄層壁厚均勻度要求<90%的零件采用直流電源，電壓為2 5V，電流為3 10 A / dm2 ;對于壁厚均勻度要求> 90%的零件采用脈沖電源，脈沖電流波形為方波，通斷比為3:1 10: 1，平均電流密度為I IOA / dm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述步驟(4)中的堿性脫模液是NaOH和酒石酸鉀鈉的混合溶液，溶液中NaOH濃度為100 200g/l，酒石酸鉀鈉的濃度為5 25 g/1。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述步驟(5)中電鑄件的韌性為延伸率5> 15%或者沖擊韌性Ak > 15kJ。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電鑄鎳鈷合金制取薄壁零件的方法，其特征在于所述步驟(5)中真空除氫和熱處理的條件為在真空度為10° 10_2Pa，溫度180°C 350°C的條件下處通I 4h。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用電鑄(電沉積的一種)的方法在可剝性或可溶性芯模表面沉積鎳鈷合金并得到厚度均勻、表面光亮的薄壁Ni-Co合金鑄件(電鑄件)工藝技術(shù)，屬于合金電沉積、精密制造技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合。該方法包括芯模電鑄前處理、電鑄(合金電沉積)過程、電鑄件脫模、電鑄件后處理等過程。采用電鑄方法，對精密加工好的芯模進行鍍前處理后，放入裝有預配好鑄液的電鑄槽中，在設(shè)定的電沉積參數(shù)下電鑄，得到預定厚度和表面質(zhì)量的電鑄層，并進行后處理。獲取的薄壁電鑄件厚度均勻、組織致密、光亮度好、柔韌性好、無氫脆。該方法極適合制取精密薄壁(幾十μm—幾百μm)，形狀復雜，有特殊功能要求的合金零件。
文檔編號C25D3/56GK102618894SQ201210095159
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者何明奕, 余建樹, 周世平, 張國亮, 裴和中, 龍晉明 申請人:昆明理工大學