化学铸镍磷合金工艺及技术研究

作     者：尹作升 

作者单位：昆明理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：裴和中

授予年度：2011年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：镍磷合金 化学铸 磷含量 均匀性 数值模拟 

摘      要：目前国内红外自调节节流制冷器和鱼雷引信装置中所使用的微型波纹管弹簧,主要是通过电铸纯镍成型或以靠进口为主。选择电铸成型的微型波纹管弹簧由于受电力线分布的影响,存在着波纹部分的峰谷壁厚相差较大和弹簧刚度达不到使用要求的问题;而且铸层含硫还会引起焊接脆性而影响使用。化学沉积的方式可以解决壁厚均匀度和焊接脆性的问题,但由于镍磷合金因其组织结构特性而存在铸层脆性较大的问题。本论文目的在于研制出零件塑性好、应力低、表面光泽性好、厚度均匀且具有较好刚度的镍磷合金微型波纹管弹簧,以满足目前红外节流制冷以及引信装置中的使用需求。 化学铸和化学镀都是利用根据化学沉积原理的加工工艺,而化学镀是指在需要防护的工件上形成具有防护功能的保护层,而化学铸的目的是形成具有一定的机械性能的独立实体零件。 通过大量的平行与正交试验最终得到了完全满足了最初的设计要求的微型波纹管弹簧：其磷含量控制在3-8%;刚度1700g/cm2;零件均匀性达到90%以上,尺寸为50+5μm;另外零件可焊性以及后续机加工性能优良,表面呈半光亮。 在试验中发现络合剂、主盐和还原剂的改变都能引起镀层中的磷含量的变化,调整铸液的pH值以及温度、搅拌等工艺,也会对铸层中的磷含量有一定的影响,以乳酸+丁二酸钠为复合络合剂时可获得低磷的铸层,且铸液的稳定性好;TN1的加入可以提高铸层硬度和刚度、降低铸层的内应力,增加的铸层表面的光亮度等作用;搅拌可以提高铸层的均匀性,表面活性剂的加入可以保证铸层铸层表面无针孔缺陷;添加剂TN2的加入可以提高铸层的刚度,但使用过量时会造成铸层脆性较大,所以其用量应控制在1g/L以下。温度和搅拌参数对磷含量的影响相对较小;通过Design Expert （Version7.1.6）数值模拟得出合理的还原剂用量、pH值和温度等参数对铸层磷含量和沉积速度都有较大的影响,通过调整这些参数可以较好的控制铸层的沉积速度和磷含量,来提高生产效率、铸层的塑性以及刚度等。 试验中得到的化学铸液具有成分简单,易于维护,稳定性较好,通过磷含量的准确控制可以满足不同批量生产的要求,按装载量1dm2/L的计算,目前的波纹管弹簧的生产效率可达到100个/L左右。