超聲波輔助選擇性電沉積技術(shù)研究進(jìn)展

蘭　龍　譚　俊　杜　軍　王　猛

1.裝甲兵工程學(xué)院，北京，100072　　2.中國西安衛(wèi)星測控中心，西安，710000

超聲波輔助選擇性電沉積技術(shù)研究進(jìn)展

蘭龍1,2譚俊1杜軍1王猛1

1.裝甲兵工程學(xué)院，北京，1000722.中國西安衛(wèi)星測控中心，西安，710000

選擇性電沉積技術(shù)可用于機(jī)械零件局部表面功能性涂層的制備，還可用于局部損失部位的尺寸恢復(fù)，該技術(shù)具有沉積電流密度大、沉積速度快的特點(diǎn)，但同時存在沉積層殘余應(yīng)力大、易產(chǎn)生裂紋、質(zhì)量不均勻等不足。將超聲波引入選擇性電沉積可減小沉積層的內(nèi)應(yīng)力，提高沉積層的硬度和耐腐蝕性能，實(shí)現(xiàn)機(jī)械零件局部高性能涂層的制備及小型精密件的快速成形。介紹了浸沒式超聲輔助選擇性電沉積、超聲輔助噴射電沉積以及工件振動式超聲輔助噴射電沉積等超聲波在選擇性電沉積技術(shù)中的應(yīng)用方式，重點(diǎn)介紹了超聲波對鍍層表面形貌、相結(jié)構(gòu)、硬度、耐磨性、耐腐蝕性等的影響，探討了超聲空化、熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)等超聲波影響選擇性電沉積的機(jī)理，并指出了超聲波輔助選擇性電沉積技術(shù)存在的問題及發(fā)展方向。

超聲波；選擇性的；電沉積；快速成形

0　引言

噴射電沉積是一種零件局部損傷修復(fù)技術(shù)[1]。在工件陰極與噴嘴陽極之間施加一定的電壓，同時將電解液高速噴射到鍍件上，在噴射覆蓋區(qū)，陰極與陽極通過電解液構(gòu)成回路，此時噴射覆蓋區(qū)有電流通過，從而產(chǎn)生電沉積。噴射電沉積通過電解液的高速噴射將流體動力學(xué)因素引入到電沉積過程，減小了擴(kuò)散層厚度，提高了沉積速度，同時還對鍍層進(jìn)行了機(jī)械活化，有效提高了復(fù)合鍍層質(zhì)量。而且該技術(shù)具有操作設(shè)備簡單、可現(xiàn)場常溫施鍍、電流密度大、沉積速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于機(jī)械零件的深孔和盲孔以及磨損或損傷部件的修復(fù)，也可用于繼電器、觸點(diǎn)、開關(guān)等接觸性元件和印刷電路板中銅的選擇性電鍍以及微小結(jié)構(gòu)的快速成形[2-3]。傳統(tǒng)超聲波電沉積是利用超聲波清洗機(jī)等設(shè)備將超聲波作用于鍍槽內(nèi)的電解液，利用超聲波的空化作用攪拌電解液進(jìn)行離子沉積。超聲波條件下制備的鍍層具有晶粒精細(xì)致密、內(nèi)應(yīng)力小、硬度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，已被用于鎳銅等單質(zhì)金屬鍍層和合金鍍層的制備，采用超聲波可以在改善鍍層表面質(zhì)量、優(yōu)化鍍層性能的同時提高生產(chǎn)效率[4]。將超聲波應(yīng)用于選擇性電沉積，可在不改變鍍液配方、不增加鍍液維護(hù)難度的前提下，在繼承選擇性電沉積技術(shù)現(xiàn)有優(yōu)點(diǎn)的同時改善高速選擇性電沉積殘余應(yīng)力大、易產(chǎn)生裂紋、鍍層厚度和面積不易控制以及鍍層質(zhì)量不均勻等情況[5]。本文就超聲波在選擇性電沉積中的應(yīng)用方式、超聲波對純金屬、合金以及復(fù)合沉積層的性能影響、超聲波輔助選擇性電沉積機(jī)理等方面進(jìn)行綜述，并指出超聲波選擇性電沉積存在的問題及其發(fā)展趨勢。

1　超聲波在選擇性電沉積技術(shù)中的應(yīng)用方式

超聲波在傳統(tǒng)電沉積技術(shù)中的應(yīng)用方式如圖1所示[6]。與傳統(tǒng)槽鍍相比，該技術(shù)具有可減小鍍層應(yīng)力、提高電沉積速度、改善復(fù)合鍍時電解液團(tuán)聚現(xiàn)象等優(yōu)點(diǎn)，目前已被用于工業(yè)生產(chǎn)。

圖1　傳統(tǒng)超聲波電沉積系統(tǒng)[6]

與傳統(tǒng)超聲波電沉積相比，超聲波輔助選擇性電沉積采用了超聲波聚能器，超聲波能量密度高，衰減程度小，因而對鍍層性能影響更為明顯。目前，超聲波選擇性電沉積有以下三種形式。

1.1浸沒式超聲輔助選擇性電沉積

圖2　浸沒選擇性電沉積系統(tǒng)[6]

將超聲波技術(shù)應(yīng)用于浸沒選擇性電沉積，如圖2所示[7-8]。裝置中，超聲波作用于沉浸在鍍液中的基體表面，一方面，超聲波微液流可以及時給基體表面反應(yīng)區(qū)域提供新鮮的鍍液，即提供反應(yīng)所需的離子，同時可降低基體表面離子濃度梯度，減少反應(yīng)區(qū)域氣體(特別是氫氣)的聚集；另一方面，在超聲聚焦的區(qū)域可以產(chǎn)生較高的溫度，從而加熱鍍液，提高鍍層質(zhì)量。超聲波在鍍液中用于形成噴射狀液柱，只有與液柱接觸的基體表面才會形成鍍層，從而達(dá)到選擇性電沉積的目的。

1.2超聲輔助噴射電沉積

超聲波還可應(yīng)用于噴射電沉積，如圖3所示[9]。在該技術(shù)中，超聲波聚能器將高頻超聲波直接作用于電解液射流，超聲波空化效應(yīng)與電解液高速噴射的流體動力學(xué)過程協(xié)同作用，改善鍍層組織和性能；計(jì)算機(jī)實(shí)時控制陰極(基體)與電解液射流之間的相對位置，可實(shí)現(xiàn)對基體待鍍區(qū)域的選擇；電解液從噴嘴至儲液槽為封閉循環(huán)流動，泵為其提供壓力。

圖3　超聲波輔助噴射電沉積系統(tǒng)示意圖[9]

1.3工件振動式超聲輔助噴射電沉積

工件振動式超聲輔助噴射電沉積是指將超聲波直接作用于待鍍的工件，使得工件以超聲波頻率振動，同時鍍液高速噴射到待鍍工件表面，實(shí)現(xiàn)超聲波選擇性電沉積，圖4為該系統(tǒng)裝置示意圖[10]。試驗(yàn)中，試樣固定在數(shù)控平臺的水平方向，一端固定于數(shù)控平臺上，另一端懸空，超聲變幅桿前端壓住試樣懸空端，以保證試樣的高頻諧振。當(dāng)加載超聲波之后，工件也以超聲波頻率高頻振動，產(chǎn)生空化效應(yīng)，空化過程基本消除了Ni鍍層沉積中的析氫現(xiàn)象。同時，由于超聲空化作用對基體表面具有活化作用，使得基體表面的催化活性提高，增加了反應(yīng)體系中的活性自由基，從而使沉積層與基體的結(jié)合力增強(qiáng)。

圖4　工件振動式超聲輔助噴射電沉積系統(tǒng)[10]

以上為超聲波在傳統(tǒng)電沉積和選擇性電沉積中的應(yīng)用方式，表1為以上4種技術(shù)的特點(diǎn)對比。

表1　超聲波電沉積技術(shù)對比

2　超聲波對鍍層組織性能的影響

超聲波輔助選擇性電沉積可用于制備純金屬鍍層、合金鍍層以及金屬與金屬氧化物復(fù)合鍍層。超聲波對選擇性電沉積鍍層性能的影響可參考傳統(tǒng)超聲波電沉積技術(shù)研究成果。

2.1表面形貌及晶粒尺寸

將超聲波引入金屬電沉積過程可提高電解液整平能力；同時，超聲波打斷了晶粒的正常生長，使得晶粒細(xì)化，鍍層表面區(qū)域平整。Wu等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)，超聲波作用下制備的Ni鍍層晶粒細(xì)小，由無超聲條件下的金字塔狀變?yōu)槌晽l件下的柱狀，而且表面粗糙度減小，表面更加平整，如圖5所示。

(a)無超聲

(b)有超聲[11]圖5　電沉積Ni鍍層SEM形貌

在超聲波電沉積合金鍍層中也有同樣的結(jié)果。Balachandran等[12]基于有無超聲場兩種條件在Cu基體上制備了NiFe薄膜。試驗(yàn)電流為恒電流35mA，占空比50%；電解液pH值3.0，溫度27 ℃，NiSO4-7H2O、FeSO4-7H2O、H3BO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%、1%、10%；超聲波頻率40 kHz。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在超聲作用下，鍍層的表面粗糙度減小，而且鍍層鎳鐵合金晶粒得到明顯細(xì)化，晶粒尺寸由加入超聲前的490～575 nm細(xì)化為加入超聲后的90～150 nm,如圖6所示。

(a)無超聲

(b)有超聲[12]圖6　銅基體表面Ni-Fe合金鍍層SEM形貌

2.2相結(jié)構(gòu)

圖7　不同條件下制備鍍層的XRD圖譜[13]

將超聲波引入電沉積過程可影響鍍層晶粒生長的擇優(yōu)取向，使鍍層產(chǎn)生織構(gòu)。申晨等[13]研究了有無超聲波對Ni及Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層的影響。試驗(yàn)在電鍍過程中加載超聲波的同時對鍍液進(jìn)行磁力攪拌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，超聲波作用后復(fù)合鍍層晶粒的擇優(yōu)取向發(fā)生了變化，并有織構(gòu)產(chǎn)生，圖7為不同條件下制備鍍層的XRD圖譜，可以看出，在超聲波作用下純鎳鍍層的(2 0 0)、(1 1 1)晶面衍射峰強(qiáng)度增大；超聲波作用于電沉積復(fù)合鍍層后，使得(2 0 0)晶向衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，而(1 1 1)及(2 2 0)晶面衍射峰強(qiáng)度減弱。計(jì)算得到相對織構(gòu)系數(shù)如圖8，可以看出超聲波顯著提高了(2 0 0)晶面的擇優(yōu)取向。

圖8　不同條件下制備鍍層不同晶面的相對織構(gòu)系數(shù)[13]

不同功率P的超聲波對純鎳鍍層組織也有影響。孫勇[14]分別對P=110 W及P=300 W兩種功率超聲波作用下的純鎳鍍層XRD圖譜進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)P=300 W超聲波作用下制備的鍍層與P=110 W超聲波作用下制備的鍍層相比，其(1 1 1)晶面衍射峰強(qiáng)度減弱而(2 2 0)晶面衍射峰強(qiáng)度增大。在超聲波電沉積Ni-TiN復(fù)合鍍層的研究中同樣發(fā)現(xiàn)，超聲波功率P由50 W提高到300 W時，(1 1 1)晶面衍射峰強(qiáng)度減弱[15]。在脈沖電沉積制備Ni-Co/Al2O3復(fù)合鍍層中引入不同功率的超聲波[16]，在超聲波功率由0增大到160 W的過程中同樣發(fā)現(xiàn)，鍍層(1 1 1)、(2 0 0)晶面衍射強(qiáng)度減弱，即提高了(2 2 0)晶面的擇優(yōu)取向。

2.3成分

將超聲波應(yīng)用于電沉積過程可以影響電沉積的離子傳質(zhì)過程。在單金屬電沉積中，超聲波會提高離子傳質(zhì)速率，使電極附近離子分布更加均勻；而對于金屬共沉積過程，超聲波對各金屬離子傳質(zhì)影響程度不同，會使得合金鍍層中元素含量發(fā)生變化。Mallik等[17]研究了超聲波以及低溫對沉積銅過程的影響，結(jié)果表明，超聲波作用后，可提高鍍層純度至100%(表2)，無氧化物、硫化物等雜質(zhì)，鍍層表面清潔度提高，但晶粒尺寸不均勻，部分區(qū)域呈現(xiàn)細(xì)小顆粒狀。

表2　電化學(xué)沉積銅有無超聲對鍍層EDS能譜成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的影響[17]

圖9所示為有無超聲波兩種情況下，Zn/Ni鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨電流密度J變化關(guān)系[18]。電流密度J小于0.3 A/dm2時，超聲加速傳質(zhì)的作用不明顯，有無超聲作用對制備的鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響不大。當(dāng)電流密度J在0.3～2 A/dm2之間時，超聲作用下制備的鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于無超聲時鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)電流密度大于2 A/dm2時，超聲作用下合金鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于無超聲作用下制備的合金鍍層中Ni的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，說明相對于Zn的沉積，超聲抑制了Ni的沉積。

圖9　有無超聲作用下鍍層中Ni含量隨電流密度的變化[18]

Richardson等[19]在Ag基體上電沉積Ti-Pb-Sr-Ca-Cu合金鍍層。試驗(yàn)在其他條件相同的情況下，比較了有無超聲波兩種情況下電沉積過程以及鍍層性能，分析發(fā)現(xiàn)，加載超聲后電沉積過程的沉積電流提高了20 mA,加載超聲后鍍層中Ti、Pb、Sr、Ca、Cu元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)也發(fā)生了變化。

樓瑩[20]用超聲電沉積技術(shù)在紫銅基體上制備Pd-Ni-P合金鍍層，試驗(yàn)分別探究了有無超聲波以及不同超聲波頻率f、功率P對電沉積過程和Pd-Ni-P合金鍍層的影響，結(jié)果表明，超聲波功率和頻率均會對鍍層成分產(chǎn)生影響，而且隨功率和頻率增大，Pd含量(原子百分比)降低，Ni含量增加，P含量基本沒有變化，見表3。

表3　超聲波頻率f、功率P對鍍層成分(原子百分比)的影響　%

2.4復(fù)合鍍層顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)及分散性能

在傳統(tǒng)的鍍液中加入Al2O3、ZrO2等微?？捎糜谥苽浜羞@些微粒的復(fù)合鍍層。對于復(fù)合鍍層，Al2O3、ZrO2等微粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及分散情況對其性能有重要影響，但傳統(tǒng)電沉積方法的不足是加入微粒后團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，電沉積獲得鍍覆層后，團(tuán)聚顆粒由于尺寸相對較大而無法被完全覆蓋，導(dǎo)致鍍層表面粗糙，微粒含量不均勻，鍍層性能較差，而超聲波具有很好的解團(tuán)聚作用，所以被廣泛地用于復(fù)合鍍技術(shù)中。

在超聲波電沉積制備Ni-Y2O3復(fù)合鍍層過程中，申晨等[21]研究了超聲波參數(shù)對復(fù)合鍍層中納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)及硬度的影響規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波鍍層的硬度比普通直流鍍層的硬度高，但是Y2O3納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所減?。煌瑫r隨超聲波功率的增大(P>120 W之后)，Y2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鍍層硬度均有所增大，在超聲波功率為300 W時，硬度增大趨勢不再明顯(圖10)。表4所示為超聲波頻率對Y2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)及硬度的影響，從表中可以看出，隨著超聲波頻率的增大，鍍層中Y2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在頻率為45 kHz時，Y2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)及硬度均達(dá)到最大值。

圖10　超聲波功率對復(fù)合鍍層中Y2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)及復(fù)合鍍層顯微硬度的影響[21]

頻率(kHz)0(無超聲)2845100Y2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)3.948651.066521.650560.53326顯微硬度HV(MPa)506.260510.590574.340525.725

1.機(jī)械攪拌　2.機(jī)械攪拌+超聲攪拌3.以第2種方式攪拌后靜置24 h圖11　不同攪拌方式對鍍液Al2O3顆粒分散的影響[22]

1.機(jī)械攪拌　2.超聲攪拌圖12　不同攪拌方式對鍍層中Al2O3顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響[22]

Garcia-Lecina等[22]研究了機(jī)械攪拌和超聲攪拌對電沉積Ni/Al2O3復(fù)合鍍層的影響效果，其中機(jī)械攪拌裝置轉(zhuǎn)速為300 r/min，超聲波頻率為24 kHz，功率密度為38 W/cm2。圖11所示為3種攪拌方式對鍍液中Al2O3顆粒分散的效果，可以看出，與機(jī)械攪拌方式相比，超聲波攪拌鍍液后，Al2O3團(tuán)聚體被解團(tuán)聚為尺寸細(xì)小的分散體，進(jìn)而使得超聲波作用下制備的鍍層具有更高的硬度，晶粒尺寸更細(xì)小、均勻，同時超聲波加載后，鍍層中納米粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也得到了提高，圖12為兩種攪拌方式對鍍層中納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響。

2.5硬度、耐磨性

李延偉等[23]在相同超聲功率、不同電沉積電流密度條件下研究了超聲波對Ni鍍層硬度及耐磨性的影響。研究中發(fā)現(xiàn)，超聲波攪拌還可以減小鍍層磨損速率，減小磨損失重，提高Ni鍍層硬度及其耐磨性能。王秀芝等[24]、方小紅[25]研究了超聲波功率對電沉積Ni鍍層硬度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)隨著超聲波功率的增大，鍍層硬度逐漸提高；當(dāng)超聲波功率增大到一定值時，鍍層硬度不再提高甚至有所降低，如圖13所示。Zn-Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的研究中也有相似的結(jié)果[26]，如圖14所示，圖中I為超聲波聲強(qiáng)。

圖13　超聲波功率對鍍層硬度的影響[24]

a.Zn-Ni　b.Zn-Ni-Al2O3(I=0)　c.Zn-Ni-Al2O3(I=0.5 W/cm2)　d.Zn-Ni-Al2O3(I=1.2 W/cm2)　e.Zn-Ni-Al2O3(I=0.7 W/cm2)　f.Zn-Ni-Al2O3(I=0.9 W/cm2)[26]圖14　Al2O3納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)對Zn-Ni合金以及不同超聲波功率下制備的Zn-Ni-Al2O3復(fù)合鍍層硬度的影響

也有研究成果表明，在電沉積過程中加載超聲波制備的鍍層硬度低于無超聲波電沉積制備的鍍層硬度。王飆[27]用電鍍的方法分別在有超聲波作用和無超聲波作用兩種條件下，在銅片上鍍覆了Ni-W-P非晶態(tài)合金。試驗(yàn)得出有超聲和無超聲時晶粒尺寸分別為1.23 nm和1.25 nm，說明超聲波可細(xì)化電鍍非晶態(tài)合金的晶粒，但不明顯；分析合金鍍層硬度后得知，超聲波作用下制備的合金硬度低于無超聲場時制備的合金硬度，如圖15所示。

圖15　不同鍍液顆粒添加量下有無超聲場對鍍層硬度的影響[27]

在電沉積過程中加載超聲波還會影響鍍層的耐磨性能。圖16所示為在其他條件相同時，單獨(dú)改變超聲功率的大小，得到的超聲功率與鍍層中納米TiN粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及鍍層磨損量之間的關(guān)系[28]。在0～200 W范圍內(nèi)，隨著超聲波功率的提高，鍍層中納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，鍍層磨損量減小，耐磨性提高；當(dāng)超聲波功率大于200 W后，隨著超聲波功率的提高，鍍層耐磨性呈下降趨勢。但是，總體來講，有超聲波條件下制備的鍍層耐磨性要高于無超聲波條件下制備的鍍層的耐磨性。在對Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層的耐磨性研究中同樣發(fā)現(xiàn)，在不同納米顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下加載超聲波均可提高鍍層耐磨性，如圖17所示[15]。

圖16　超聲功率對鍍層中TiN質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其磨損量的影響[28]

圖17　鍍液中CeO2納米顆粒濃度與Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層磨損率關(guān)系[15]

2.6耐腐蝕性

超聲波由于其空化作用，能制備出空隙小、致密度高、耐腐蝕性好的鍍層。Choi等[29]研究了超聲波對脈沖電沉積單金屬Cr鍍層耐腐蝕的影響。試驗(yàn)用電沉積電流密度為0.4 A/cm2，在不同脈沖電壓下，分別在無超聲、超聲功率為55 W和110 W三種條件下制備Cr鍍層，研究比較Cr鍍層的耐腐蝕性。在中性鹽霧噴射試驗(yàn)中，有超聲波條件下鍍層的腐蝕產(chǎn)物比無超聲波條件下的腐蝕產(chǎn)物少，圖18為兩種條件下中性鹽霧腐蝕后鍍層表面形貌，可以看出，普通電沉積制備的鍍層比超聲波電沉積制備的Cr鍍層表面腐蝕嚴(yán)重，即超聲波條件下制備的Cr鍍層比無超聲波條件下制備的鍍層耐腐蝕性強(qiáng)。

(a)有超聲

(b)無超聲圖18　Cr鍍層中性鹽霧腐蝕后表面形貌[29](×2000)

超聲波還會影響復(fù)合鍍層在中性腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能。圖19、圖20為有無超聲波兩種條件下制備的Ni-Al2O3復(fù)合鍍層在中性腐蝕介質(zhì)中的Tafel曲線和循環(huán)伏安曲線[30]，在超聲波作用下制備的鍍層自腐蝕電位向右移動，同時循環(huán)伏安特性曲線包圍區(qū)域面積更小，均說明應(yīng)用超聲電沉積技術(shù)制備的復(fù)合鍍層的耐腐蝕性比無超聲條件的復(fù)合鍍層的強(qiáng)。劉偉等[31]在對超聲波電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的研究中也發(fā)現(xiàn)了相同的結(jié)果，同時還得出了超聲電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的最佳工藝參數(shù)。

圖19　不同條件下制備Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的Tafel曲線[30]

圖20　不同條件下制備Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的電化學(xué)腐蝕循環(huán)伏安特性曲線[30]

鄭環(huán)宇等[26]還進(jìn)一步研究了不同超聲波功率密度對(Zn-Ni)-A1203納米復(fù)合鍍層耐腐蝕性的影響規(guī)律，結(jié)果如圖21所示。隨著超聲波功率密度的提高，鍍層極化曲線右移，鍍層自腐蝕電位提高，耐腐蝕性的提高。

1.Zn-Ni-Al2O3(I=0)　2.Zn-Ni-Al2O3(I=0.5 W/cm2)　3.Zn-Ni-Al2O3(I=0.7 W/cm2)　4.Zn-Ni-Al2O3(I=0.9 W/cm2)　5.Zn-Ni-Al2O3(I=1.2 W/cm2)　6.Zn-Ni圖21　Zn-Ni合金以及不同超聲波功率條件下制備Zn-Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的Tafel曲線[26]

2.7結(jié)合強(qiáng)度

Touyeras等[32]研究了超聲波功率及頻率對銅鍍層結(jié)合強(qiáng)度的影響(圖22)。試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波功率和頻率均對鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度有影響，而且頻率的提高使得結(jié)合強(qiáng)度增大而功率的提高使得鍍層結(jié)合強(qiáng)度降低。

圖22　超聲功率和頻率對鍍層結(jié)合強(qiáng)度的影響[32]

3　超聲波輔助選擇性電沉積機(jī)理

對于電沉積過程，沉積速率與電流密度成正比，制約電流密度的因素也是制約沉積速率的因素，其中濃差極化的作用使得擴(kuò)散傳質(zhì)過程成為控制電沉積速率的關(guān)鍵步驟，從而限制了電沉積速率[33]。另外，在電沉積陰極表面還會發(fā)生副反應(yīng)：

2H++2e-→ H2↑

該反應(yīng)導(dǎo)致電沉積過程析出氫氣，阻礙電化學(xué)中離子傳質(zhì)過程的進(jìn)行，同時使得獲得的鍍層疏松多空，晶粒粗大且不均勻，對鍍層的力學(xué)性能以及耐腐蝕性能等產(chǎn)生非常不利的影響。

超聲波作用于選擇性電沉積過程可大幅提高沉積速率，同時改善鍍層質(zhì)量和性能，目前，對產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因解釋為超聲波的以下三個效應(yīng)。

3.1空化效應(yīng)

當(dāng)超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，會對液體分子產(chǎn)生周期性交變聲場作用。當(dāng)超聲波作用于溶液時，會引起溶液中介質(zhì)分子發(fā)生以其平衡位置為中心的振動。在超聲波壓縮相內(nèi)時，分子間平均距離減小，在超聲波稀疏相內(nèi)，分子間距增大，媒質(zhì)受到負(fù)壓力作用。如果超聲波強(qiáng)度足夠大，使得液體受到的負(fù)壓力足夠強(qiáng)，則分子間的平均距離就會超過極限距離，使液體結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞，從而出現(xiàn)空穴，空穴一旦形成就將使負(fù)聲壓達(dá)到極大值。在這一過程中，一些空化泡相繼持續(xù)振蕩，而另外一些空化泡完全崩潰，并伴隨著高溫、高壓、沖擊波以及微射流的產(chǎn)生，即超聲空化效應(yīng)[34-35]。

超聲波空化效應(yīng)會對電沉積過程有以下影響。首先，超聲空化會影響溶液的電導(dǎo)率，進(jìn)而影響電化學(xué)過程。試驗(yàn)表明，一定功率及頻率的超聲波可以提高溶液的電導(dǎo)率，原因是空穴產(chǎn)生局部高溫、高壓、沖擊波，造成新的導(dǎo)電粒子產(chǎn)生[36]。其次，超聲產(chǎn)生的微射流對電沉積過程中電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域有強(qiáng)烈的攪拌作用。利用三電極體系測定超聲電沉積鎳過程的塔菲爾曲線和線性掃描伏安曲線(圖23)發(fā)現(xiàn)，施加超聲波使鎳電沉積的平衡電位向正移動；同時超聲波的作用還降低了陰極濃差極化程度，促進(jìn)了電極表面的粒子傳質(zhì)，脫除了電沉積副反應(yīng)中產(chǎn)生的氫氣，從而提高了電沉積速率[4,36]。同時，在沉積之前，尤其是對于電沉積復(fù)合鍍層，微射流的攪拌作用還對加入鍍液的納米顆粒有很強(qiáng)的解團(tuán)聚作用，使得鍍層中添加的顆粒尺寸減小而且分散均勻[37]。此外，超聲波還打斷了晶粒的正常生長，生成了更多細(xì)小的晶核，有利于獲得晶粒細(xì)小的鍍層。

a.強(qiáng)超聲波　b.弱超聲波　c.無超聲波圖23　超聲波作用下電極過程的循環(huán)伏安特性曲線[36]

3.2熱效應(yīng)

超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，其振動能量會被介質(zhì)吸收轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏菇橘|(zhì)溫度升高，即超聲熱效應(yīng)。聲能被吸收會導(dǎo)致介質(zhì)的整體被加熱、邊界外的局部被加熱以及空化形成激波時波前處的局部被加熱等。在超聲波輔助選擇性電沉積技術(shù)中，使用超聲波聚能器作為超聲波發(fā)生器，因其具有超聲波能量密度高的特點(diǎn)，其熱效應(yīng)尤其顯著。經(jīng)試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模擬，得到100 mL磷酸鹽溶液在超聲波聚能器作用下，其主體溫度T(K)與超聲波強(qiáng)度I(W/m2)、超聲波作用時間t(s)及環(huán)境溫度T0(K)之間的表達(dá)式為[38]

T=1.4794×10-5I(1-e-6.560×10-4t)+T0

(1)

設(shè)室溫為20 ℃，超聲波功率為300 W，超聲波探頭面積為10 mm2，超聲波作用于磷酸鹽溶液10 min后溶液溫度將達(dá)到120 ℃左右。但大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)都要防止超聲波使鍍液升溫，要在恒溫裝置下進(jìn)行，因?yàn)闊嵝?yīng)在一般聲化學(xué)反應(yīng)中沒有積極意義，反應(yīng)介質(zhì)的升溫反而會減弱空化強(qiáng)度[4]。

3.3機(jī)械效應(yīng)

聲場是機(jī)械擾動在傳聲介質(zhì)中的空間分布。超聲波在溶液體系內(nèi)部的振蕩，不僅使物質(zhì)做激烈的強(qiáng)迫機(jī)械運(yùn)動，而且還能產(chǎn)生單向力的作用[39]。超聲波輔助選擇性電沉積技術(shù)中，超聲波聚能器探頭作用于發(fā)生電化學(xué)沉積的局部區(qū)域，其宏觀攪拌效應(yīng)更加明顯。圖24為超聲振動在界面處產(chǎn)生束流的攪拌行為示意圖[40]。超聲產(chǎn)生的微射流不僅有攪拌作用，在宏觀上對作為傳聲介質(zhì)的鍍液也有攪拌作用，這種作用也會影響電化學(xué)過程離子的傳質(zhì)，從而影響電沉積過程以及鍍層性能。

1.熔融稀土鋁合金　2.變幅植　3.試件圖24　超聲振動在界面處產(chǎn)生束流的攪拌行為示意圖[40]

4　問題與展望

超聲波輔助選擇性電沉積制備的鍍層具有硬度高、表面平整、殘余應(yīng)力較小、組織致密等特點(diǎn)，將其與納米技術(shù)結(jié)合，可制備出性能優(yōu)異的納米復(fù)合鍍層。但該技術(shù)的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)階段，沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。隨著鍍液成分的改善，電沉積電源的發(fā)展以及超聲波發(fā)生器的快速發(fā)展，超聲輔助選擇性電沉積技術(shù)研究將取得新的進(jìn)展，該技術(shù)研究的發(fā)展方向主要應(yīng)有以下幾個方面。

4.1深化相關(guān)機(jī)理研究

目前，對超聲波的頻率、功率、介入方式及電極形狀大小等對鍍層的影響尚未形成系統(tǒng)的理論[41]，超聲波對鍍層組織及性能的影響也沒有一致的規(guī)律。在已有的研究成果中，超聲波頻率、功率以及介入方式等與鍍層組織、性能也沒有明顯的對應(yīng)關(guān)系，更沒有將超聲波參數(shù)與鍍層性能的關(guān)系進(jìn)行定量描述，這是制約超聲輔助選擇性電沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用及工業(yè)化的瓶頸。

在選擇性金屬電沉積過程中，既有反應(yīng)離子得失電子的電化學(xué)過程，也有晶格生長或破壞的結(jié)晶過程，還有流體動力學(xué)過程，這三種過程的交疊作用增加了電沉積的研究難度[42]。而超聲波引入后，電沉積過程中又增加了超聲空化過程，使得數(shù)據(jù)分析的難度更大。在已有的研究中，還沒有對不同超聲波功率及頻率作用下的選擇性電沉積過程從電化學(xué)角度進(jìn)行數(shù)據(jù)的測定和分析，更缺乏不同超聲波參數(shù)對鍍層組織及性能影響原因的解釋，既缺乏理論依據(jù)，也缺乏開發(fā)放大的準(zhǔn)則。所以，從電化學(xué)角度結(jié)合電極反應(yīng)動力學(xué)研究超聲波作用機(jī)理,掌握超聲波影響規(guī)律以指導(dǎo)電鍍研究和應(yīng)用，是超聲波選擇性電沉積的一個重要研究方向[43-45]。

4.2優(yōu)化工藝參數(shù)匹配

超聲波選擇性電沉積技術(shù)涉及沉積電壓、電流、電解液溫度、電解液成分及流動速度、超聲波功率以及頻率等諸多參數(shù)，每一項(xiàng)參數(shù)的變化都會對鍍層產(chǎn)生不同影響。所以，需要進(jìn)一步探究各工藝參數(shù)之間的匹配問題，以獲得最佳的針對不同電解液體系、制備不同種類及性能鍍層的電沉積參數(shù)，這也是該技術(shù)中亟待解決的問題。

4.3提升自動化程度

國外已有選擇性電沉積應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的報道，但鍍層的選擇性是依靠在工件表面覆蓋很薄的模具實(shí)現(xiàn)的，自動化程度不高[3]。而本文中提到的三種超聲波輔助選擇性噴射電沉積要實(shí)現(xiàn)鍍覆區(qū)域的可選擇性，需要借助數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對噴嘴的實(shí)時控制。另外，該技術(shù)涉及的工藝流程多，包括電沉積前工件表面預(yù)處理，電沉積過程、鍍后工件表面處理等，沉積過程中還涉及超聲波功率和頻率、電解液溫度和噴射速度、沉積電壓和電流、噴嘴位置等多個參數(shù)的控制。目前，各個工藝過程均為手工和逐個控制，裝置集成度低，不能滿足工業(yè)化的需求。所以，如何利用迅速發(fā)展的現(xiàn)代控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超聲輔助性電沉積裝置的整合和集成以及工藝過程的自動化，同時實(shí)現(xiàn)電沉積過程多個參數(shù)的自動、協(xié)同控制，最大可能地減少人為差異，確保電沉積工藝的穩(wěn)定性，是超聲輔助選擇性電沉積的又一個研究方向。

4.4快速成形應(yīng)用研究

選擇性電沉積具有電沉積電流密度高、電沉積速度快的優(yōu)勢，除用于機(jī)械零件局部功能涂層的制備及表面局部損傷的修復(fù)與再制造外，還可以實(shí)現(xiàn)形狀簡單零件的快速成形。選擇性電沉積用于快速成形是20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展起來的一項(xiàng)新興的制造技術(shù),其核心思想是基于降維離散的方法將三維實(shí)體通過切片處理生成軌跡，然后用高速噴射的電解液在計(jì)算機(jī)控制下進(jìn)行軌跡掃描，逐步沉積成三位實(shí)體模型[46-47]。

將超聲波引入選擇性電沉積，可以降低鍍層殘余應(yīng)力，使鍍層更加致密。超聲波輔助選擇性電沉積用于快速成形，是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，滿足增材制造理念，同時可提高成形零件的質(zhì)量，具有成形精度較高的特點(diǎn)，可與大尺寸快速成形技術(shù)形成互補(bǔ)。因此，該技術(shù)在小型精密件快速成形上的應(yīng)用也是一個新的方向。

[1]徐劍剛，余新泉. 電沉積納米晶鎳的研究現(xiàn)狀及展望[J].材料導(dǎo)報， 2006,20(增刊1):30-33.

Xu Jiangang, Yu Xinquan. Research Status and Prospects of Electrodeposited Nanocrystalline Nickel[J].Materials Review,2006,20(S1):30-33.

[2]張榮光，黃皓，羅建國. 手機(jī)零件的連續(xù)選擇性電鍍技術(shù)[J].涂料涂裝與電鍍，2005, 3(1):28-32.

Zhang Rongguang, Huang Hao, Luo Jianguo. The Series Selectivity Electroplating Technology of Mobile Phone’s Accessory[J].Coatings Painting & Electroplating, 2005, 3(1):28-32.

[3]Vogelaere M D, Sommer V, Springborn H. High-speed Plating for Electronic Applications[J].Electrochimica Acta，2001, 47:109-116.

[4]牛曉敏，夏亞濤. 超聲波在電沉積過程中的應(yīng)用[J].材料熱處理技術(shù)， 2010, 39(24):228-230.

Niu Xiaomin, Xia Yatao. Applications of Ultrasonic in Electro-deposition Process[J]. Material & Heat Treatment, 2010, 39(24):228-230.

[5]何龍，徐婷，譚業(yè)發(fā)，等. 超聲波在電鍍技術(shù)中應(yīng)用[J]. 電鍍與精飾， 2011, 33(7): 29-33.

He Long，Xu Ting，Tan Yefa, et al.Application Progress of Ultrasonic in Electroplating Technology[J]. Plating and Finishing, 2011, 33(7): 29-33.

[6]包勝華，吳蒙華，劉正寧，等. 功率超聲在電沉積Ni/ 納米Al2O3復(fù)合鍍層中應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2004(9): 3-5.

Bao Shenghua, Wu Menghua, Liu Zhengning, et al.Study of Applying High-intensity Ultrasonic in Electrodepositing Ni/Nano Al2O3Composite Coating[J]. Modern Manufacturing Engineering,2004(9): 3-5.[7]Gadkari S A, Nayfeh T H. Micro Fabrication Using Electro Deposition and Ultrasonic Acoustic Liquid Manipulation[J]. Int. J. Adv. Manuf. Technol.， 2008, 39:107-117. [8]John H. Improving Plating by Use of Intense Acoustic Beams[R]. California’s Silicon Valley: Santa Clara University,2003.[9]von Gutfeld R J, Vigliotti D R, Wickramasinghe H K. Acoustic-jet Plating of Gold and Copper at 7.5 MHz[J]. Appl. Phys.Lett., 1987, 50(7): 383-385.

[10]譚俊，吳迪，高玉琳，等. 超聲輔助噴射電沉積Ni鍍層的表面形貌及硬度[J]. 裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報, 2011, 25(4): 80-83.

Tan Jun,Wu Di,Gao Yulin, et al. Surface Morphology and Hardness of Ni Coatings by UltrasonicAssisted Jet Electrodeposition[J]. Journal of Academy of Armored Forces Engineering, 2011, 25(4): 80-83.

[11]Wu H, Zhao G,Mu J, et al. Effects of Ultrasonic Dispersion on Structure of Electrodeposited Ni Coating on AZ91D Magnesium Alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2010 (S2): 703-701.

[12]Balachandran R, Yowa H K, Ong B H, et al. Effects of Ultrasonic Field in Pulse Electrodeposition of NiFe Film on Cu Substrate[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2009, 481: 336-339.

[13]申晨，薛玉君，庫祥臣，等. 超聲波對Ni-ZrO2納米復(fù)合鍍層微觀結(jié)構(gòu)和顯微硬度的影響[J]. 機(jī)械工程材料, 2010,34(7): 80-83, 94.

Shen Chen, Xue Yujun, Ku Xiangchen, et al. Effect of Ultrasonic on Microstructure and Microhardness of Ni-ZrO2Nanocomposite Coating[J].Materials for Mechanical Engineering, 2010,34(7): 80-83, 94.

[14]孫勇. 超聲波電沉積Ni-CeO2納米復(fù)合鍍層的工藝及耐磨性能研究[D].洛陽：河南科技大學(xué), 2007.

[15]夏法鋒. 超聲-電沉積鎳基TiN納米復(fù)合鍍層的研究[D]. 大連：大連理工大學(xué), 2008.

[16]Chang L M, Guo H F, An M Z. Electrodeposition of Ni-Co/Al2O3Composite Coating by Pulse Reverse Method Underultrasonic Condition[J].Materials Letters, 2008, 62:3313-3315.

[17]Mallik A, Ray B C. Morphological Study of Electrodeposited Copper under the Influence of Ultrasound and Low Temperature[J]. Thin Solid Films, 2009, 517: 6612-6616.

[18]鄭環(huán)宇. (Zn-Ni)-Al2O3納米復(fù)合鍍層的制備及耐蝕性能研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.[19]Richardson K A,Lanchester P C, Birkin P R, et al. Towards the Electrochemical Manufacture of Superconductor Precursor Films in the Presence of an Ultrasonic Field[J]. Journal of Elctroanalytical Chemistry, 1997,420: 21-24.[20]樓瑩. 電沉積非晶態(tài)Pd-Ni-P合金及其性能研究[D]. 杭州：浙江師范大學(xué), 2008.

[21]申晨，薛玉君，劉紅彬，等. 超聲電沉積法制備Ni-Y2O3納米復(fù)合鍍層的工藝[J]. 材料保護(hù), 2009, 42(7): 25-28.

Shen Chen, Xue Yujun, Liu Hongbin, et al. Process for Preparation of Ni-Nano Y2O3Composite Coating by Electrodeposition in the Presence of Ultrasonic Irradiation[J]. Materials Protection, 2009, 42(7): 25-28.

[22]Garcia-Lecina E, Diez J A, Morgiel J, et al. A comparative Study of the Effect of Mechanical and Ultrasound Agitation on the Properties of Electrodeposited Ni/Al2O3Nanocomposite Coatings[J]. Surface & Coatings Technology, 2012, 206: 2998-3005.

[23]李延偉，尚雄，黃曉曦, 等. 超聲波對硫酸鹽鍍鎳及鍍層性能的影響研究[J]. 電鍍與精飾, 2012, 34(6): 10-14.

Li Yanwei，Shang Xiong，Huang Xiaoxi, et al. Effects of Ultrasonic on the Process and Characteristics of Nickel Electrodeposition in Sulfate Electrolyte[J]. Plating and Finishing, 2012, 34(6): 10-14.

[24]王秀芝，于愛兵. 超聲波對鎳鍍層硬度的影響[J]. 電鍍與精飾, 2007, 29(3): 18-20.

Wang Xiuzhi, Yu Aibing, Influence of Ultrasonic on Hardness of Electroplated Nickel Coating[J]. Plating and Finishing, 2007, 29(3): 18-20.

[25]方小紅. 超聲波電鍍鎳基金剛石鉆頭工藝與機(jī)理研究[D]. 北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2008.

[26]Zheng H Y,An M Z. Electrodeposition of Zn-Ni-Al2O3Nanocompositecoatings under Ultrasound Conditions[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2008,459:548-552.

[27]王飆. 超聲場對非晶態(tài)Ni-W-P及Ni-W-P/納米ZrO2鍍層電沉積的影響[D]. 天津：天津大學(xué), 2007.

[28]代梅，王金東，馬春陽,等. 鎳基納米氮化鈦復(fù)合鍍層的超聲輔助電沉積[J]. 電鍍與涂飾, 2011, 30(3): 4-6.

Dai Mei, Wang Jindong, Ma Chunyang, et al.Ultrasonic-assisted Electrodeposition of Ni-based nano-TiN Composite Coating[J]. Electroplating & Finishing, 2011, 30(3): 4-6.

[29]Choi Y, Hahn Y S, Seong B S, et al. Study of the Effect of Ultrasonic Agitation on the Defects Size in Electro-deposited Chromium Layer by Small-angle Neutron Scattering[J]. Physica B, 2006, 385-386: 911-913.

[30]常立民，劉偉，段小月. 超聲波對電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層耐蝕性的影響[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2010, 22(6): 526-529.

Chang Limin, Liu Wei, Duan Xiaoyue.Surface Morphology and Micro-structureof Ultrasonic-Electrodeposited Ni-Al2O3Composite Coating[J].Electroplating & Pollution Control,2010, 22(6): 526-529.

[31]劉偉，張繼德，段小月. 超聲波對電沉積Ni-Al2O3復(fù)合鍍層的影響[J]. 吉林師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2010(3): 90-92.

Liu Wei, Zhang Jide, Duan Xiaoyue. Effects of Ultrasound on the Technology of Ni-Al2O3Composite Coating Obtained by Electrodeposition[J]. Journal of Jilin Normal University (Natural Science Edition),2010(3): 90-92.

[32]Touyeras F, Hihn J Y, Bourgoin X, et al. Effects of Ultrasonic Irradiation on the Properties of Coatings Obtained by Electroless Plating and Electro Plating[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2005, 12: 13-19.

[33]Xia F F, Wu M H, Wang F, et al. Nanocomposite Ni-TiN Coatings Prepared by Ultrasonic Electrodeposition[J]. Current Applied Physics, 2009, 9: 44-50.

[34]王秦生，楊麗榮，方占江. 超聲波強(qiáng)化電鍍過程及改善鍍層質(zhì)量的機(jī)理[J]. 金剛石與磨料磨具工程, 2003, 34(4): 30-32.

Wang Qinsheng, Yang Lirong, Fang Zhanjiang. The Mechanism of Supersonic Wave Strenghtening Electroplating and Improving Layer Quality[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2003, 34(4): 30-32.

[35]張小星. 燒結(jié)NdFeB永磁體化學(xué)鍍防腐研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2005.

[36]王成會，林書玉. 超聲空化效應(yīng)對溶液電導(dǎo)率的影響[J]. 聲學(xué)技術(shù), 2006, 25(4): 309-312.

Wang Chenghui, Lin Shuyu. Impact of Ultrasonic Cavitation upon Electrical Conductivity of Solution[J]. Technical Acoustics, 2006, 25(4): 309-312.

[37]Dezhkunov N V, Kulak A I, Francescutt A, et al. The Effect of Ultrasonic Cavitation on Model Electrochemical Processes[J]. Ultrasonics, 1996, 34: 551-553.

[38]Skoczypiec S. Research on Ultrasonically Assisted Electrochemical Machining Process[J]. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2011, 52:565-574.

[39]魏小平，陳海鈺，李建平. 仿金鍍中超聲波的作用[J]. 材料保護(hù), 2009, 42(3): 34-38.Wei Xiaoping, Chen Haiyu, Li Jianping. Action of Ultrasonic Wave in Gold-imitation ElectrolessPlating[J]. Materials Protection, 2009, 42(3): 34-38.[40]超夏原，于升學(xué)，姚枚. 超聲振動場對熱浸鍍稀土鋁表面層厚度影響的動力學(xué)分析[J]. 鋼鐵研究學(xué)報, 2003, 15(6): 67-70.

Xia Yuan,Yu Shengxue, Yao Mei. Dynamics Analysis of Surface Layer Thickness Growth of Hot Dip RE-Al Coating under Ultrasonic Vibration Field[J]. Journal of Iron and Steel Research, 2003, 15(6): 67-70.

[41]牛曉敏，夏亞濤. 超聲波在電沉積過程中的應(yīng)用[J].材料熱處理技術(shù), 2009, 39(24): 228-230.

Niu Xiaomin, Xia Yatao. Applications of Ultrasonic in Electro-deposition Process[J]. Material & Heat Treatment, 2009, 39(24): 228-230.

[42]查全性. 電極過程動力學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002:288-291.

[43]胡松青，李琳，陳玲，等. 功率超聲作用下溶液溫度變化的數(shù)學(xué)模擬[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2007, 35(4): 59-61.

Hu Songqing, Li Lin, Chen Ling, et al. Mathematical Simulation of Temperature Variation of Solution Irradiated by Power Ultrasound[J].Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2007, 35(4): 59-61.

[44]程敬泉，姚素薇. 超聲波在電化學(xué)中的應(yīng)用[J]. 電鍍與精飾, 2005, 27(1): 16-19, 28.

Cheng Jingquan, Yao Suwei. Application of Ultrasound in Electrochemistry[J].Plating and Finishing, 2005, 27(1): 16-19, 28.

[45]方小紅. 超聲波電鍍鎳及鎳基復(fù)合鍍層的研究進(jìn)展[J]. 材料保護(hù)， 2008, 41(5): 58-60.

Fang Xiaohong. Research Progress for Ultrasound-Assisted Electroplating of Ni and Ni-Based Composite Coatings[J]. Materials Protection,2008, 41(5): 58-60.

[46]趙劍鋒，黃因慧，吳安德. 射流電沉積快速成型技術(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)械工程學(xué)報， 2003, 39(4): 75-78.

Zhao Jianfeng, Huang Yinhui, Wu Ande. Fundamental Experimental Study On Selective Electrodeposition Rapid Prototyping With Electrolyte Jet[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering， 2003, 39(4): 75-78.

[47]高玉琳，石恭臣，李亮亮，等.噴射電沉積快速成形技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[C]//第七屆全國表面工程學(xué)術(shù)會議暨第二屆表面工程青年學(xué)術(shù)論壇論文集(二). 武漢：《材料保護(hù)》雜志社，2008：64-69.

(編輯蘇衛(wèi)國)

Review of Ultrasonic Assisted Selective Electrodeposition

Lan Long1，2Tan Jun1Du Jun1Wang Meng1

1.Academy of Armored Force Engineering,Beijing,100072 2.China Xi’an Satellite Control Center,Xi’an,710000

Selective electrodeposition could be used to prepare functional coating on the local surface of mechanical parts and to recover the size of their local damages. This technique possessed the characteristics of high deposition current density and deposition speed, and the problems of high residual stress, easy to crack and uniform quality in the deposition coating. If ultrasound was introduced in the elective electrodeposition, the coating residual stress will be reduced, the coating hardness and corrosion resistance will be improved, so that ultrasonic assisted selective electrodeposition could be used for preparation of high-performance coatings on local areas of mechanical parts and rapid prototyping of small precision parts.The application mode of ultrasonic in selective electrodeposition technology such as immersion ultrasonic assisted selective electrodeposition, ultrasonic assisted jet electrodeposition, and jet electrodeposition with substrate ultrasonic frequency vibrated were listed herein. The effects of ultrasound on the coating surface morphology, phase structure, hardness, wear resistance, corrosion resistance, etc. were introduced.The mechanism of ultrasound affected selective electrodeposition such as ultrasonic cavitation, thermal effects and mechanical effects was discussed.And the problems and development direction of the ultrasonic assisted selective electrodeposition were pointed out.

ultrasonic; selective; electrodeposition;rapid prototype

2014-04-25

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51102283)

TG663DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2015.09.024

蘭龍，男，1989年生。裝甲兵工程學(xué)院再制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生，中國西安衛(wèi)星測控中心三亞測控站助理工程師。研究方向?yàn)檠b備表面防護(hù)。發(fā)表論文3篇。譚俊，男，1961年生。裝甲兵工程學(xué)院再制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授。杜軍，男，1978年生。裝甲兵工程學(xué)院再制造國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講師。王猛，男，1992年生。裝甲兵工程學(xué)院再制造技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室碩士研究生。