[发明专利]中空工件内表面制备Ni-SiC复合镀层的装置

说明书

一种中空工件内表面制备Ni‑SiC复合镀层的装置，由复合电镀液储液槽、隔膜泵、电磁流量计、密封电镀台、复合电镀液主管路和复合电镀液回流主通道组成了复合电镀液循环流动主通道；由镀镍电镀液储液槽、自吸泵和密封电镀台下排液口组成了镀镍电镀液的流动通道。本发明将出水口设置在上夹具顶部，能在小体积流量下制备完整的复合镀层，与基体结合力好，且镀层中SiC含量高，分布均匀。

技术领域

本发明涉及金属材料表面改性技术及设备领域，具体是一种用于在回转体或不规则腔体等中空工件的内表面上制备Ni-SiC复合镀层的循环电镀设备。

背景技术

采用循环电镀装置在中空工件内表面制备Ni-SiC复合镀层时，主要存在以下问题：(1)出水口设置在下夹具底部，易造成复合电镀液不能充满密封电镀台内由工件内表面与阳极外表面形成的电镀腔，导致工件上端没有沉积复合镀层；(2)SiC微粒在电镀液中分散性差，导致复合镀层中SiC微粒含量低，均匀性差；(3)Ni-SiC复合镀层与工件基体间的结合力差。

专利JPA1995188990的装置在循环通道上设置有空气搅拌支路，空气搅拌支路上的压缩空气泵向复合电镀液中混入空气，进而对复合电镀液进行空气搅拌。但是，循环通道内的复合电镀液的流速越大，由压缩空气泵提供的向电镀液中混入空气所需的压力越大，空气越难混入。当电镀液的流速超过某一临界值时，压缩空气泵提供的压力不仅不足以使空气混入复合电镀液中，反而，复合电镀液会倒流到空气浮子流量计和空气压缩泵中，即使所述空气搅拌支路上设置有双向止流阀也不能阻止复合电镀液的回流。因而，若在电镀装置上设置空气搅拌支路，则不能选择过大的电镀液流速，限制了复合电镀液体积流量的选择范围，而复合电镀液体积流量的选择直接决定装置的搅拌效率和复合电镀的沉积速率。因此，合理设计电镀装置的结构，使装置提供的搅拌方式既能实现SiC在复合电镀液中充分悬浮、均匀分散的效果，又能提高搅拌效率，具有重要意义。

专利JPA1999350195和US5647967中装置的电镀腔出水口均设置在下夹具底部。其优势在于电镀液能在重力的作用下回流到储液槽中，而不需要借助水泵的压力回流，具有节能环保的作用；其劣势在于当复合电镀液体积流量较低时，复合电镀液进入电镀腔的速度小于流出电镀腔的速度，因而复合电镀液始终不能充满电镀腔，导致工件上端并未沉积复合镀层。但是，复合电镀液体积流量越小，即复合电镀液的流速越小，复合镀层中SiC含量越高，镀层沉积速率越快。因此，解决采用较低复合电镀液体积流量进行复合电镀时出现的复合电镀液不能充满电镀腔的问题，对于高效快速地制备SiC含量高的Ni-SiC复合镀层具有重要意义。

专利US005540829A中提供了一种提高复合镀层结合力的方法：在复合电镀的前90s内电镀液流速和电流密度分别设置为48m/s和14A/dm²，获得一层SiC含量低的复合镀层作为打底层；90s后，电镀液流速和电流密度分别设置为15m/s和28A/dm²，制备一层SiC高的Ni-SiC复合镀层。但是这种方式在实际操作中很难实现，因为制备打底层的时间只有90s，而获得打底层后将电镀液的流速由48m/s调至15m/s的过程耗时较长，因为为了保护电镀装置，需逐步调节电镀液的流速，且由于人为手动操作无法精确控制调节时间造成复合电镀过程具有不可重复性，导致制备的Ni-SiC复合镀层也具有不稳定性，因而并不能有效解决复合镀层结合力差的问题。目前，对于提高在电镀液循环流动的电镀装置上制备的复合镀层的结合力的研究尚属空白。