波前传感器电铸镍层应力实时检测精度评估

作     者：罗坤杰 蒋炳炎 强军 董彦灼 柴思佳 LUO Kun-jie;JIANG Bing-yan;QIANG Jun;DONG Yan-zhuo;CHAI Si-jia

作者机构：中南大学机电工程学院高性能复杂制造国家重点实验室长沙410083 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2020年第49卷第9期

页      面：357-363,377页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0810[工学-信息与通信工程] 080103[工学-流体力学] 0817[工学-化学工程与技术] 0806[工学-冶金工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(51575540) 国家自然科学基金重点国际(地区)合作研究项目(51920105008) 湖南省研究生创新项目(CX20190113) 

主　　题：电化学沉积 精密电铸 涂层应力 实时检测 Stoney公式 横向剪切波前传感器 

摘      要：目的搭建电铸应力实时检测平台,评估其测量精度,并探明电化学沉积过程中镍层平均内应力的变化规律。方法采用横向剪切波前传感器搭建电铸应力实时检测平台,通过测量在铸层应力作用下电铸基底弯曲的曲率半径,利用Stoney公式计算铸层平均应力。采用参考球面反射镜评估横向剪切波前传感器曲率半径的测量精度,并在0.5 A/dm^2电流密度下进行电铸应力实时检测实验,对铸层平均应力测量极限进行评估,同时对检测误差进行分析。结果横向波前传感器曲率半径测量精度为99.22%,在0.5 A/dm^2电流密度下,所搭建的铸层应力实时检测平台可测量的最小厚度为5.1μm,由曲率测量波动带来的应力检测误差为1.3 MPa。实验测得铸层平均应力随铸层厚度的增加而变大,当铸层厚度达到30μm左右,铸层平均应力趋于稳定,应力大小为79.7 MPa。同时发现,当铸层厚度小于30μm时,沿电铸基底长度方向的铸层平均应力明显大于宽度方向铸层平均应力,随铸层厚度的增加,两个方向的应力大小趋于等值。结论采用横向剪切波前传感器搭建的电铸应力检测平台,能有效对铸层应力进行高精度的实时测量,为精密电铸过程中应力变化规律的研究提供了检测技术基础。