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新型涂層工藝——電鍍

發布時間：2020-12-21 16:54:33  瀏覽次數：
1. Ni-Co合(he)金鍍層

Ni-Co合金鍍層(ceng)(ceng)具有(you)優異的(de)(de)(de)高溫耐磨(mo)(mo)性能，已經成功應用到(dao)鋼(gang)廠連(lian)鑄(zhu)(zhu)連(lian)軋機的(de)(de)(de)關鍵部件結晶器(qi)(qi)表(biao)層(ceng)(ceng),大幅度(du)提(ti)高了結晶器(qi)(qi)的(de)(de)(de)使用壽命。連(lian)鑄(zhu)(zhu)結晶器(qi)(qi)的(de)(de)(de)工作θ在350℃左右。連(lian)鑄(zhu)(zhu)結晶器(qi)(qi)應具有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)導熱性,同(tong)時還需承受與鋼(gang)坯之間(jian)的(de)(de)(de)摩擦。為此(ci),連(lian)鑄(zhu)(zhu)結晶器(qi)(qi)通體采用銅合金制造，并(bing)在結晶器(qi)(qi)與鋼(gang)坯相接觸的(de)(de)(de)表(biao)面制備層(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)在數毫米的(de)(de)(de)高溫耐磨(mo)(mo)材料層(ceng)(ceng)。
Ni-Co合(he)金鍍層優異的高溫耐磨性能正(zheng)適應(ying)了結晶器對與鋼坯相接觸表面的高溫耐磨性要(yao)求(qiu)。目前，Ni-Co合(he)金鍍層已經大(da)量應(ying)用在連鑄結晶器表層鍍層材料(圖(tu)1)。

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2.電鍍納米(mi)金屬多(duo)層膜
納米(mi)(mi)金屬(shu)(shu)(shu)多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)(mo)是一-種由厚(hou)(hou)度在納米(mi)(mi)尺度的(de)不同金屬(shu)(shu)(shu)層(ceng)(ceng)交替疊加形成的(de)金屬(shu)(shu)(shu)多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)(mo)。由于構成納米(mi)(mi)金屬(shu)(shu)(shu)多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)(mo)的(de)各(ge)金屬(shu)(shu)(shu)材(cai)(cai)料層(ceng)(ceng)的(de)厚(hou)(hou)度在納米(mi)(mi)尺度,這類(lei)薄膜(mo)(mo)材(cai)(cai)料往(wang)往(wang)表現出納米(mi)(mi)材(cai)(cai)料獨特的(de)力學性能、電磁(ci)學性能和光學性能。天津大學姚素薇等采用電鍍技術制備了Ni80Fe20/Cu納米(mi)(mi)多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)(mo)(圖(tu)2)。當多(duo)層(ceng)(ceng)膜(mo)(mo)結構[ NiFe( 16 nm )/Cu(26nm)]為80層(ceng)(ceng)時，巨(ju)磁(ci)電阻GMR值可達64%。

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3.復(fu)合鍍技術
復(fu)合鍍(du)技術通過(guo)(guo)將(jiang)無機材料(liao)以(yi)及高分子材料(liao)的粉體加入鍍(du)液中(zhong)，攪拌使之在鍍(du)液中(zhong)均勻分散，伴隨(sui)著電鍍(du)或化學鍍(du)過(guo)(guo)程的進行將(jiang)這(zhe)類粉體包(bao)埋進鍍(du)層,形(xing)成(cheng)復(fu)合鍍(du)層材料(liao)。
這類復合鍍(du)層(ceng)(ceng)材(cai)料(liao)(liao)兼具基(ji)體(ti)(ti)金屬材(cai)料(liao)(liao)及彌(mi)散分(fen)布于基(ji)體(ti)(ti)金屬中的無機或高分(fen)子材(cai)料(liao)(liao)的優勢，表現出優異的綜合性能(neng).采用化學復合鍍(du)的方法制備(Ni-P)-ZrO2復合鍍(du)層(ceng)(ceng)的成(cheng)分(fen)及鍍(du)層(ceng)(ceng)斷面的掃描電鏡照片如圖3所示(shi)。
由圖3可以看出,ZrO2顆粒在Ni-P合(he)金基(ji)體中均勻分布(bu)。這種(Ni-P)-Zr02復(fu)合(he)鍍層的硬(ying)度(du)超過600HV (圖4)，熱(re)處(chu)理后的硬(ying)度(du)更超過900HV。

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改變復合鍍(du)層中(zhong)基體(ti)金屬(shu)或復合顆(ke)粒，可以得到不(bu)同(tong)性能的(de)復合鍍(du)層。將圖(tu)4中(zhong)的(de)ZrO2顆(ke)粒換成SiC顆(ke)粒，同(tong)樣(yang)采用化學(xue)復合鍍(du)的(de)方法制備的(de)(Ni-P)-SiC化學(xue)復合材料鍍(du)層,熱處(chu)理后的(de)硬(ying)度(du)可達1200HV[16)(圖(tu)5)。

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為了改(gai)善純Ni鍍(du)層(ceng)的摩(mo)擦(ca)學性能，將具(ju)有自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)性能的聚四氟乙烯( PTFE)顆粒與(yu)Ni復(fu)合(he)，可(ke)以(yi)制備出具(ju)有良好自(zi)(zi)潤(run)滑(hua)特性的Ni-PTFE復(fu)合(he)鍍(du)層(ceng)。
圖(tu)6為Ni-PTFE復合鍍(du)層中PTFE質量分數(shu)對摩擦系數(shu)的(de)影響。由圖(tu)6可以看出，隨著(zhu)鍍(du)液(ye)中PTFE顆粒濃度(du)的(de)增(zeng)加，Ni-PTFE復合鍍(du)層的(de)摩擦系數(shu)不斷降低(di)，最低(di)接近0.06。

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目前(qian)，應用于復(fu)(fu)合電鍍的(de)基質金屬(shu)以(yi)及復(fu)(fu)合微粒的(de)種(zhong)類(lei)還(huan)非常有(you)限。將更(geng)多(duo)種(zhong)類(lei)的(de)基質金屬(shu)與更(geng)大范圍的(de)微粒進行復(fu)(fu)合鍍，相信會(hui)有(you)性能更(geng)多(duo)樣化也(ye)更(geng)優異的(de)復(fu)(fu)合鍍層出現。



2印(yin)制板及電子封裝(zhuang)中電鍍技術的(de)應用(yong)


電鍍技術(shu)的最大特點，在(zai)于(yu)其(qi)制(zhi)造過程是從(cong)原子(zi)、離子(zi)尺度開始，而(er)且(qie)無(wu)需高溫高壓(ya)等苛刻條件(jian)，易于(yu)實現定(ding)點定(ding)位生(sheng)長。電鍍技術(shu)的這一-特點，使其(qi)在(zai)印制(zhi)板及電子(zi)封裝領(ling)域成為不可替代的關鍵技術(shu)。
1.芯片中的電鍍金屬互(hu)聯技術
摩爾預(yu)測，每隔24個月單位面積上(shang)集成(cheng)晶體(ti)(ti)管的(de)(de)數量(liang)將(jiang)翻(fan)倍。目(mu)前的(de)(de)集成(cheng)電路(lu)(lu)技(ji)術(shu)處(chu)在22/20納(na)米技(ji)術(shu)節(jie)點。未來硅(gui)基(ji)晶體(ti)(ti)管還將(jiang)繼(ji)續縮小(xiao)，從現有(you)的(de)(de)22納(na)米技(ji)術(shu)代一.路(lu)(lu)發展(zhan)到(dao)4納(na)米技(ji)術(shu)代。目(mu)前，集成(cheng)電路(lu)(lu)中(zhong)接觸(chu)孔工(gong)藝已經(jing)被局域互連(lian)技(ji)術(shu)替換。局域互連(lian)技(ji)術(shu)的(de)(de)關鍵在于第一層金屬圖形形成(cheng)之前先形成(cheng)通(tong)孔，再采用基(ji)于電鍍(du)技(ji)術(shu)的(de)(de)雙大馬(ma)士革(ge)工(gong)藝同時填(tian)充金屬Cu(圖7圖8)。

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2.三(san)維電子封(feng)裝技術
隨著(zhu)集(ji)(ji)成電(dian)路中晶體管數(shu)量的(de)(de)(de)(de)逐年成倍增(zeng)加，三(san)維(wei)集(ji)(ji)成與(yu)(yu)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)術越來越顯(xian)示出其(qi)重要(yao)性。目前，三(san)維(wei)集(ji)(ji)成與(yu)(yu)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)技(ji)術發展的(de)(de)(de)(de)重點(dian)在于三(san)維(wei)疊層(ceng)(ceng)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)以(yi)及(ji)封(feng)裝(zhuang)(zhuang)(zhuang)體的(de)(de)(de)(de)三(san)維(wei)疊層(ceng)(ceng)，而鍵(jian)合(he)技(ji)術則是實現三(san)維(wei)疊層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)。由(you)于金(jin)屬(shu)/焊料微凸點(dian)鍵(jian)合(he)在電(dian)氣互連、散熱(re)以(yi)及(ji)結構支撐等方面具有的(de)(de)(de)(de)優勢,已經成為鍵(jian)合(he)技(ji)術中的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)技(ji)術。高密度的(de)(de)(de)(de)微凸點(dian)是實現金(jin)屬(shu)/焊料微凸點(dian)鍵(jian)合(he)的(de)(de)(de)(de)基(ji)礎。將(jiang)光刻掩膜技(ji)術與(yu)(yu)金(jin)屬(shu)電(dian)鍍技(ji)術相結合(he)制(zhi)備(bei)出的(de)(de)(de)(de)尺寸精確(que)的(de)(de)(de)(de)凸點(dian)，完全能(neng)夠達到三(san)維(wei)疊層(ceng)(ceng)對微凸點(dian)鍵(jian)合(he)的(de)(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)(圖(tu)9)。

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將集(ji)成(cheng)電(dian)路晶(jing)片(pian)上的銅配線技術(shu)與多層(ceng)聚酰(xian)亞(ya)胺印制板技術(shu)相結合形成(cheng)的在(zai)多層(ceng)印制板內(nei)(nei)的IC封(feng)裝(zhuang)(zhuang)技術(shu)( Wafer And Board level Embedded Tech-nology，W ABE Technology@),可以制備(bei)出集(ji)成(cheng)電(dian)路內(nei)(nei)藏(zang)基板(圖(tu)10)。這一技術(shu)已經開始應用于新一代系統封(feng)裝(zhuang)(zhuang)以及手機基板。

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3.超高(gao)密度印制板及層間互聯技(ji)術(shu)
近年市(shi)場(chang)上出現的各(ge)種新型便攜式電子(zi)產(chan)品已經普遍(bian)采用超高(gao)密度(du)印制(zhi)電路板。這類產(chan)品中的超高(gao)密度(du)印制(zhi)電路板不僅是各(ge)種組件的承載(zai)平臺(tai),更借助于立(li)體封(feng)裝(zhuang)技術實現了(le)系統整合(圖11)。
由(you)印(yin)(yin)制線路的高(gao)密(mi)度化以(yi)及更高(gao)的接點密(mi)度形(xing)成的超(chao)高(gao)密(mi)度印(yin)(yin)制線路板(ban)已經(jing)成為未來印(yin)(yin)制板(ban)技術的發(fa)展方向。超(chao)高(gao)密(mi)度印(yin)(yin)制板(ban)技術的關鍵在于任意層(ceng)間的金(jin)屬互連技術。任意層(ceng)間的金(jin)屬互連技術可實(shi)現超(chao)高(gao)密(mi)度印(yin)(yin)制板(ban)內所有相鄰兩層(ceng)之間的電氣(qi)連接。
通過電(dian)鍍銅(tong)技術(shu)實現超高(gao)密度印制板內任(ren)意相鄰兩(liang)層之(zhi)間(jian)的盲孔(kong)連接(jie)，是目前應用最(zui)為廣泛的任(ren)意層間(jian)金屬互連技術(shu)(圖(tu)12)。

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3微電(dian)機系統中電(dian)鍍技術(shu)的(de)應用


微(wei)電子系(xi)(xi)統(tong)與微(wei)機械(xie)系(xi)(xi)統(tong)相結合形成的微(wei)電機系(xi)(xi)統(tong)( MEMS) ,其特點是尺寸微(wei)小，功能強大。
近年，隨著人工智能技術的(de)高速發(fa)展，MEMS產業已經全方位快速滲透(tou)到軍事、醫療(liao)、生物、仿生學及航空(kong)航天等領域。構成微電機(ji)系統的(de)零部件尺度都在(zai)微米甚至納米。
電(dian)鍍(du)技(ji)術是一一個(ge)從原(yuan)子、離子尺度(du)開始的材(cai)料制(zhi)造以(yi)及零部件制(zhi)造技(ji)術。電(dian)鍍(du)技(ji)術與(yu)光刻(ke)蝕技(ji)術相結合發展(zhan)而成(cheng)的MEMS技(ji)術,已經成(cheng)為MEMS領(ling)域的尖(jian)端技(ji)術(2426)。
圖(tu)13為(wei)(wei)(wei)采用電鍍MEMS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)制(zhi)(zhi)造的(de)金屬部(bu)件照片(pian)，圖(tu)14為(wei)(wei)(wei)MEMS模塊中微小的(de)機械部(bu)件照片(pian),圖(tu)15為(wei)(wei)(wei)采用MEMS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)制(zhi)(zhi)造的(de)納米泵(beng)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu),圖(tu)16為(wei)(wei)(wei)EPSON公司采用MEMS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)制(zhi)(zhi)造的(de)微型飛行器(qi),圖(tu)17為(wei)(wei)(wei)采用MEMS技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)制(zhi)(zhi)造的(de)可(ke)移動微型機器(qi)人。

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4零部件及設備再制(zhi)造中電鍍技術的應用(yong)


零(ling)部(bu)件(jian)(jian)的(de)失(shi)效(xiao)表(biao)現(xian)在其尺寸偏(pian)離設計值(zhi)(zhi)。零(ling)部(bu)件(jian)(jian)失(shi)效(xiao)導致設備不能正常運行，甚至報廢(fei)。再制(zhi)造的(de)意(yi)義(yi)，在于對零(ling)部(bu)件(jian)(jian)實(shi)施再制(zhi)造后，不僅(jin)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)的(de)尺寸恢復到(dao)最初(chu)設計值(zhi)(zhi)，而且(qie)失(shi)效(xiao)設備的(de)壽(shou)命超過新品。再制(zhi)造技術是實(shi)現(xian)節約(yue)型社會、循環經濟的(de)需要。
由于電(dian)鍍(du)技(ji)術(shu)(shu)易于實(shi)現材料的(de)定點、定位(wei)生長，制(zhi)(zhi)造過程(cheng)也(ye)無需高(gao)(gao)(gao)溫、高(gao)(gao)(gao)壓。此外，現有(you)的(de)各種高(gao)(gao)(gao)性能(neng)鍍(du)層(ceng)制(zhi)(zhi)造技(ji)術(shu)(shu)(例(li)如(ru)高(gao)(gao)(gao)溫抗氧化鍍(du)層(ceng)、耐磨鍍(du)層(ceng)及耐腐(fu)蝕(shi)鍍(du)層(ceng)等(deng))也(ye)使(shi)得失(shi)效零部件(jian)的(de)再(zai)制(zhi)(zhi)造成為(wei)可能(neng)。電(dian)鍍(du)技(ji)術(shu)(shu)的(de)上述特點使(shi)其成為(wei)零部件(jian)及設備再(zai)制(zhi)(zhi)造中的(de)關(guan)鍵技(ji)術(shu)(shu)采用(yong)電(dian)鍍(du)技(ji)術(shu)(shu)對(dui)失(shi)效泵的(de)泵體、齒輪(lun)箱和蓋(gai)子(zi)(zi)等(deng)部件(jian)進行再(zai)制(zhi)(zhi)造，再(zai)更換(huan)新的(de)齒輪(lun)、軸(zhou)、軸(zhou)承、密封件(jian)、轉子(zi)(zi)和轉子(zi)(zi)螺母，就完成了泵的(de)再(zai)制(zhi)(zhi)造過程(cheng)(圖18、圖19)。

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采用電鍍(du)技術對失效(xiao)中央空調壓(ya)縮(suo)機(ji)[圖20(a)]的失效(xiao)部件進行再(zai)制造(zao)后[圖20(b)]，重新(xin)組裝的中央空調壓(ya)縮(suo)機(ji)[圖20(c)]的性(xing)能及(ji)壽命均超過新(xin)品。

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     ;                                                                                                                  5結束語


伴(ban)隨著(zhu)21世紀高科(ke)技(ji)的(de)(de)大量涌現，電(dian)子零部件的(de)(de)微(wei)型化趨勢，以及(ji)國家(jia)可持續發展戰略的(de)(de)實施，為電(dian)鍍(du)(du)技(ji)術的(de)(de)應用提供了前所未(wei)有的(de)(de)大量機(ji)遇，同時也給電(dian)鍍(du)(du)技(ji)術的(de)(de)發展提出了
方面面的挑戰(zhan)。電(dian)鍍(du)(du)工作者(zhe)需要不斷拓(tuo)展思路，大膽創(chuang)新。可以相信，未來的電(dian)鍍(du)(du)技術將成為更多高(gao)技術領域的尖端技術。


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