超声波电沉积参数对Ni-SiC微铸件表面形貌的影响

　　随着微机械研究的深入和应用领域的扩展，微铸件制备是近年来微制造领域的研究热点[1-4]，微铸件主要应用于航空、航天、核工业、仪器仪表、微型机械等高新精密技术领域。通常情况下，微铸件的制备采用微电铸技术实现。微电铸技术是依据电化学原理，在一定的镀液中，利用微结构型模作阴极，使溶液中的金属离子沉积到阴极，然后将微结构型模去除得到微铸件的加工技术[5-7]。

　　在制备微铸件的过程中，电流密度、脉冲电流类型、温度、pH值、搅拌方式及其大小等参数对微铸件的表面形貌有很大影响。利用超声波电沉积复合微电铸技术制备Ni-SiC微铸件，分别利用扫描电镜和X射线衍射仪研究超声波电沉积复合作用参数对微铸件表面形貌和组分的影响规律。

　　1 实验方法

　　为制得Ni-SiC微铸件，在瓦特型基础镀镍液中加入一定质量浓度的SiC粉体配制成复合镀液，用纯镍板(质量分数99.9%)作为阳极，金属试样作为阴极，利用超声波电沉积复合作用的方法制得Ni-SiC微铸件，复合镀液组成见表1。

　　Ni-SiC微铸件制备完成后，首先利用去离子水冲洗，然后将试样烘干。采用英国Oxford Microanalysis Group JSM-5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察微铸件的表面形貌，利用日本理学株式会社生产的D/max 2400型X射线衍射仪对微铸件相组成和结构进行X射线衍射(XRD)分析。

　　2 结果与讨论

　　2.1 电流密度对微铸件表面形貌的影响

　　图1为不同电流密度条件下制得的Ni-SiC微铸件表面形貌照片。可以看出，采用较高电流密度制备微铸件时，其表面平整，致密性好，胞状物数量较少(图1b);采用较低电流密度制备时，微铸件的表面凹凸不平，致密性较差，胞状物数量明显较多(图1a)。这是因为电流密度增大时，阴极过电位随之升高，从而提高微铸件中晶粒的形核速率，使晶粒得到细化。另外，当电流密度增大时，阴极表面产生的H+数量增加，SiC吸附H+的可能性也增加，有利于SiC在阴极表面沉积。

　　2.2 超声功率对微铸件组织形貌的影响

　　图2为不同超声波功率条件下，制备的Ni-SiC微铸件表面形貌。可知，当超声波作用较弱时，超声波电沉积复合作用制备的Ni-SiC微铸件表面凹凸不平，平整度较差，且表面有许多球形胞状物。这些胞状物的形成是由于在沉积过程中，镍晶粒包裹了SiC粒子后继续生长的结果。当采用适度的超声波功率时，所得微铸件表面平整度好，SiC粒子较均匀地分散在微铸件表面，且没有明显的团聚现象;当采用较大的超声波功率制备Ni-SiC微铸件时，微铸件的表面较粗糙，平整度也降低。