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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合金鍍層

Ni-Co合金鍍層具有優異的(de)(de)高(gao)(gao)溫耐磨性能，已經成功(gong)應(ying)用到鋼廠連(lian)鑄連(lian)軋機的(de)(de)關鍵部件結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)表層,大幅度提高(gao)(gao)了結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)的(de)(de)使(shi)用壽命。連(lian)鑄結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)的(de)(de)工作θ在350℃左右(you)。連(lian)鑄結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)應(ying)具有良好的(de)(de)導熱性,同(tong)時還需承受與(yu)鋼坯(pi)之間(jian)的(de)(de)摩擦。為此,連(lian)鑄結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)通(tong)體采用銅合金制造，并在結(jie)(jie)晶(jing)(jing)(jing)器(qi)與(yu)鋼坯(pi)相接觸的(de)(de)表面制備層厚度在數毫米的(de)(de)高(gao)(gao)溫耐磨材料層。
Ni-Co合金(jin)(jin)鍍層(ceng)優(you)異的高(gao)溫耐磨性能正適應了結晶器(qi)對(dui)與(yu)鋼坯(pi)相(xiang)接觸表面的高(gao)溫耐磨性要求(qiu)。目前，Ni-Co合金(jin)(jin)鍍層(ceng)已經大(da)量應用在連鑄結晶器(qi)表層(ceng)鍍層(ceng)材料(圖1)。

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2.電鍍納米金屬(shu)多(duo)層(ceng)膜
納米(mi)金屬多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)膜是一-種(zhong)由厚度(du)在納米(mi)尺度(du)的(de)不同金屬層(ceng)(ceng)交替疊加形成(cheng)的(de)金屬多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)膜。由于構(gou)成(cheng)納米(mi)金屬多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)膜的(de)各金屬材(cai)(cai)料(liao)層(ceng)(ceng)的(de)厚度(du)在納米(mi)尺度(du),這類薄膜材(cai)(cai)料(liao)往往表現出納米(mi)材(cai)(cai)料(liao)獨特的(de)力學性(xing)能(neng)、電磁學性(xing)能(neng)和光(guang)學性(xing)能(neng)。天津(jin)大學姚(yao)素薇等(deng)采用電鍍技術制備了(le)Ni80Fe20/Cu納米(mi)多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)膜(圖2)。當多(duo)(duo)層(ceng)(ceng)膜結(jie)構(gou)[ NiFe( 16 nm )/Cu(26nm)]為80層(ceng)(ceng)時，巨磁電阻GMR值可達64%。

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3.復合鍍技術
復合鍍(du)(du)技術(shu)通(tong)過(guo)將無機材(cai)料(liao)以及高分子材(cai)料(liao)的粉體加(jia)入(ru)鍍(du)(du)液中(zhong)，攪拌使之在(zai)鍍(du)(du)液中(zhong)均勻分散(san)，伴(ban)隨著電(dian)鍍(du)(du)或化學鍍(du)(du)過(guo)程(cheng)的進行將這類粉體包埋進鍍(du)(du)層,形成復合鍍(du)(du)層材(cai)料(liao)。
這類復(fu)合(he)鍍層材料兼具基體金屬材料及彌散分布(bu)于(yu)基體金屬中的(de)無機或(huo)高分子材料的(de)優勢，表(biao)現出優異的(de)綜合(he)性能.采用化學復(fu)合(he)鍍的(de)方法制備(Ni-P)-ZrO2復(fu)合(he)鍍層的(de)成分及鍍層斷面的(de)掃描電鏡照片如圖3所示。
由圖3可以(yi)看出,ZrO2顆粒在Ni-P合金(jin)基體中均(jun)勻分布。這種(Ni-P)-Zr02復合鍍(du)層的硬(ying)度超(chao)過(guo)600HV (圖4)，熱處(chu)理后的硬(ying)度更超(chao)過(guo)900HV。

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改變復(fu)(fu)合(he)(he)鍍(du)層中(zhong)基體金屬或(huo)復(fu)(fu)合(he)(he)顆粒，可以得到不同性(xing)能(neng)的(de)復(fu)(fu)合(he)(he)鍍(du)層。將圖4中(zhong)的(de)ZrO2顆粒換(huan)成SiC顆粒，同樣采用化學復(fu)(fu)合(he)(he)鍍(du)的(de)方法制備的(de)(Ni-P)-SiC化學復(fu)(fu)合(he)(he)材料鍍(du)層,熱處理后的(de)硬度可達1200HV[16)(圖5)。

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為了改善純Ni鍍層的(de)摩擦學性能(neng)，將具有自(zi)潤(run)滑性能(neng)的(de)聚四氟乙烯( PTFE)顆粒與Ni復合，可以(yi)制備出具有良(liang)好自(zi)潤(run)滑特性的(de)Ni-PTFE復合鍍層。
圖(tu)6為Ni-PTFE復(fu)合鍍層中PTFE質量分(fen)數(shu)對摩擦(ca)系數(shu)的影響。由圖(tu)6可(ke)以看出，隨(sui)著鍍液中PTFE顆(ke)粒濃度(du)的增加，Ni-PTFE復(fu)合鍍層的摩擦(ca)系數(shu)不斷降低，最低接近0.06。

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目前，應(ying)用于復(fu)合電鍍(du)(du)的(de)(de)基質金屬以及復(fu)合微(wei)粒的(de)(de)種類還非常有限。將更(geng)多(duo)種類的(de)(de)基質金屬與更(geng)大范(fan)圍的(de)(de)微(wei)粒進行(xing)復(fu)合鍍(du)(du)，相信會有性能更(geng)多(duo)樣(yang)化(hua)也更(geng)優(you)異(yi)的(de)(de)復(fu)合鍍(du)(du)層出現(xian)。



2印制板及電子封裝中電鍍技術的應用


電(dian)鍍技術(shu)的最大特(te)(te)點(dian)(dian)，在于(yu)(yu)其制造(zao)過程是(shi)從原子、離子尺度開(kai)始，而且無需高(gao)溫(wen)高(gao)壓等苛刻條件(jian)，易于(yu)(yu)實(shi)現定(ding)點(dian)(dian)定(ding)位生長。電(dian)鍍技術(shu)的這一-特(te)(te)點(dian)(dian)，使其在印制板及電(dian)子封裝領域成為不可替代的關鍵(jian)技術(shu)。
1.芯片中(zhong)的電鍍金(jin)屬互聯(lian)技術
摩爾預測，每隔24個月單位面積上集(ji)成晶(jing)(jing)體(ti)管的數量將(jiang)翻(fan)倍(bei)。目前的集(ji)成電(dian)路技(ji)術(shu)(shu)處在22/20納(na)米技(ji)術(shu)(shu)節點。未來硅基(ji)(ji)晶(jing)(jing)體(ti)管還將(jiang)繼續縮小，從現有的22納(na)米技(ji)術(shu)(shu)代一.路發展到4納(na)米技(ji)術(shu)(shu)代。目前，集(ji)成電(dian)路中接觸孔工(gong)藝(yi)已經被局域互連(lian)技(ji)術(shu)(shu)替(ti)換。局域互連(lian)技(ji)術(shu)(shu)的關鍵在于第一層金屬圖形形成之前先形成通孔，再采用(yong)基(ji)(ji)于電(dian)鍍技(ji)術(shu)(shu)的雙大馬士(shi)革工(gong)藝(yi)同時填充金屬Cu(圖7圖8)。

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2.三維電子封裝(zhuang)技術
隨(sui)著集(ji)成電路中晶體管(guan)數(shu)量的(de)(de)(de)逐年成倍增加，三(san)(san)(san)維(wei)(wei)集(ji)成與封裝技(ji)術越來越顯示出(chu)其重要性。目前，三(san)(san)(san)維(wei)(wei)集(ji)成與封裝技(ji)術發展的(de)(de)(de)重點(dian)在(zai)于三(san)(san)(san)維(wei)(wei)疊層封裝以及封裝體的(de)(de)(de)三(san)(san)(san)維(wei)(wei)疊層，而鍵合技(ji)術則是(shi)(shi)實現三(san)(san)(san)維(wei)(wei)疊層的(de)(de)(de)關鍵。由(you)于金(jin)屬/焊料微凸點(dian)鍵合在(zai)電氣互(hu)連、散熱(re)以及結(jie)構支撐等方面具有的(de)(de)(de)優(you)勢,已經成為(wei)鍵合技(ji)術中的(de)(de)(de)關鍵技(ji)術。高密度的(de)(de)(de)微凸點(dian)是(shi)(shi)實現金(jin)屬/焊料微凸點(dian)鍵合的(de)(de)(de)基(ji)礎。將光(guang)刻掩膜技(ji)術與金(jin)屬電鍍技(ji)術相結(jie)合制備(bei)出(chu)的(de)(de)(de)尺(chi)寸(cun)精確(que)的(de)(de)(de)凸點(dian)，完全(quan)能夠達到三(san)(san)(san)維(wei)(wei)疊層對(dui)微凸點(dian)鍵合的(de)(de)(de)要求(qiu)(圖9)。

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將集成(cheng)電路晶片上的銅(tong)配線技(ji)術(shu)與(yu)多(duo)層聚酰(xian)亞胺印制(zhi)板技(ji)術(shu)相結合(he)形成(cheng)的在多(duo)層印制(zhi)板內的IC封(feng)(feng)裝技(ji)術(shu)( Wafer And Board level Embedded Tech-nology，W ABE Technology@),可(ke)以制(zhi)備出集成(cheng)電路內藏(zang)基板(圖10)。這(zhe)一(yi)技(ji)術(shu)已經開始(shi)應用于(yu)新(xin)一(yi)代系(xi)統封(feng)(feng)裝以及(ji)手機基板。

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3.超(chao)高密度印制板及層間互聯技(ji)術
近(jin)年市場上出(chu)現(xian)的各種(zhong)新型便攜式電子(zi)產品已(yi)經普遍采用超高密度印(yin)制電路板(ban)。這類產品中的超高密度印(yin)制電路板(ban)不僅是各種(zhong)組件的承載平臺,更借助(zhu)于立(li)體封(feng)裝技術實現(xian)了系統整合(he)(圖11)。
由印(yin)(yin)制(zhi)(zhi)線路(lu)的(de)高(gao)密(mi)度(du)化(hua)以及更高(gao)的(de)接點(dian)密(mi)度(du)形成的(de)超高(gao)密(mi)度(du)印(yin)(yin)制(zhi)(zhi)線路(lu)板(ban)已經成為未來印(yin)(yin)制(zhi)(zhi)板(ban)技(ji)術的(de)發展(zhan)方向。超高(gao)密(mi)度(du)印(yin)(yin)制(zhi)(zhi)板(ban)技(ji)術的(de)關鍵在于任意層間的(de)金屬(shu)互連(lian)(lian)技(ji)術。任意層間的(de)金屬(shu)互連(lian)(lian)技(ji)術可實現超高(gao)密(mi)度(du)印(yin)(yin)制(zhi)(zhi)板(ban)內所(suo)有相鄰兩層之間的(de)電氣連(lian)(lian)接。
通過電鍍銅(tong)技(ji)術實(shi)現超(chao)高密度(du)印制板(ban)內任意相(xiang)鄰兩層之間的盲孔連接，是目前應用最為廣泛(fan)的任意層間金屬互連技(ji)術(圖(tu)12)。

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3微電機(ji)系統中電鍍技術的(de)應用(yong)


微(wei)電子(zi)系統與微(wei)機械(xie)系統相(xiang)結合形成的微(wei)電機系統( MEMS) ,其特點是尺寸微(wei)小，功能強大。
近年，隨著人工(gong)智能(neng)技術(shu)的高速發(fa)展，MEMS產業已經全方位快速滲透到軍事、醫療、生物、仿生學及航空(kong)航天等領域。構(gou)成微電(dian)機(ji)系統的零部件尺度都在微米甚至(zhi)納米。
電鍍(du)技(ji)術是一一個(ge)從原子、離子尺度(du)開(kai)始的材料制(zhi)造以及(ji)零部件(jian)制(zhi)造技(ji)術。電鍍(du)技(ji)術與光刻蝕技(ji)術相結合發展而成的MEMS技(ji)術,已經成為MEMS領(ling)域(yu)的尖(jian)端(duan)技(ji)術(2426)。
圖(tu)(tu)13為(wei)(wei)采用(yong)電鍍MEMS技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)的金屬部件照片，圖(tu)(tu)14為(wei)(wei)MEMS模塊(kuai)中微小的機(ji)(ji)械部件照片,圖(tu)(tu)15為(wei)(wei)采用(yong)MEMS技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)的納米泵技(ji)(ji)術(shu),圖(tu)(tu)16為(wei)(wei)EPSON公司采用(yong)MEMS技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)的微型(xing)(xing)飛行器(qi),圖(tu)(tu)17為(wei)(wei)采用(yong)MEMS技(ji)(ji)術(shu)制造(zao)的可移動(dong)微型(xing)(xing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)。

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4零部件及(ji)設備再制造中電鍍技術(shu)的應用(yong)


零(ling)部件的(de)失效表現在(zai)其尺寸偏(pian)離設(she)計值。零(ling)部件失效導致(zhi)設(she)備(bei)不能正(zheng)常運(yun)行，甚至報(bao)廢。再制造(zao)的(de)意義，在(zai)于對零(ling)部件實(shi)施再制造(zao)后，不僅零(ling)部件的(de)尺寸恢復到最初設(she)計值，而(er)且失效設(she)備(bei)的(de)壽命超過新品。再制造(zao)技術是(shi)實(shi)現節約(yue)型社會、循(xun)環經(jing)濟的(de)需要。
由于(yu)電(dian)鍍(du)技(ji)術易于(yu)實現材料的(de)定(ding)點、定(ding)位生長，制(zhi)造過程也(ye)無(wu)需(xu)高溫(wen)、高壓。此外，現有的(de)各種高性能鍍(du)層(ceng)制(zhi)造技(ji)術(例如高溫(wen)抗氧化鍍(du)層(ceng)、耐(nai)磨鍍(du)層(ceng)及(ji)耐(nai)腐蝕鍍(du)層(ceng)等)也(ye)使得(de)失(shi)效零部件的(de)再(zai)(zai)制(zhi)造成為可能。電(dian)鍍(du)技(ji)術的(de)上述特點使其成為零部件及(ji)設備再(zai)(zai)制(zhi)造中(zhong)的(de)關鍵技(ji)術采用電(dian)鍍(du)技(ji)術對失(shi)效泵(beng)(beng)的(de)泵(beng)(beng)體、齒(chi)輪(lun)箱(xiang)和(he)蓋子等部件進行再(zai)(zai)制(zhi)造，再(zai)(zai)更(geng)換新(xin)的(de)齒(chi)輪(lun)、軸、軸承、密封件、轉子和(he)轉子螺母，就完成了泵(beng)(beng)的(de)再(zai)(zai)制(zhi)造過程(圖18、圖19)。

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采(cai)用電鍍技(ji)術(shu)對(dui)失(shi)效中央(yang)空(kong)調壓縮機[圖20(a)]的(de)失(shi)效部件進行再制造(zao)后[圖20(b)]，重新組裝的(de)中央(yang)空(kong)調壓縮機[圖20(c)]的(de)性能及壽命均超過新品。

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                                                                                                                       5結束語


伴隨著21世紀高科技(ji)的(de)大(da)量涌現(xian)，電子(zi)零部件(jian)的(de)微型化趨勢，以及國家(jia)可(ke)持續發展(zhan)戰略的(de)實施(shi)，為電鍍技(ji)術的(de)應用提(ti)供了前所(suo)未有的(de)大(da)量機遇，同時(shi)也給電鍍技(ji)術的(de)發展(zhan)提(ti)出了
方面面的挑戰。電鍍工作者需要不斷拓展(zhan)思路，大膽(dan)創新。可以相信，未(wei)來的電鍍技術將成(cheng)為(wei)更多高技術領域的尖(jian)端技術。


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