潤(rùn)錦提示：激光電鍍新技術(shù)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
新聞來(lái)源：本站發(fā)布日期：2015-11-25發(fā)布人：admin
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潤(rùn)錦解析：
工程技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的新領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。分別介紹了早期工作、近期研究成果以及今后的發(fā)展方向。這種新技術(shù)特別適用于微電子工業(yè)的電路設(shè)計(jì)和修復(fù)及航天等技術(shù)。
關(guān)鍵詞：激光電鍍、電鍍、微電子、新技術(shù)
正文：
近年來(lái) ,由于電子產(chǎn)品小型化和高度集成化的迅速發(fā)展 ,急需在微小部分進(jìn)行表面加工。因此 ,激光增強(qiáng)電鍍和刻蝕應(yīng)用于微電子領(lǐng)域中的局部沉積或刻蝕，已愈來(lái)愈引起人們的重視。在液相和氣相中均可利用激光進(jìn)行表面處理，具有代表性的液相激光表面處理是激光電鍍和激光刻蝕。當(dāng)用一種連續(xù)激光或脈沖激光照射在電解池中的陰極表面上時(shí)，不僅能大大提高金屬的沉積速度，而且能采用計(jì)算機(jī)控制激光束的運(yùn)動(dòng)軌跡得到預(yù)期的復(fù)雜的幾何圖形。激光電鍍是近幾年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的一種高速電鍍新技術(shù)，引起了人們?nèi)找鎻V泛的興趣。
激光是能量密度很高的熱源，而且具有很好的方向性、單色性和相干性。利用這些特性，對(duì)金屬或零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理(包括激光相變硬化 激光合金化和激光熔覆等) 可以改變金屬或零件表面的微觀結(jié)構(gòu)，改善零部件的抗磨損，耐腐蝕和抗疲勞性能激光加工的精度高、能量集中，對(duì)零件的熱影響小。
電鍍和化學(xué)鍍作為傳統(tǒng)的表面技術(shù)經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期的發(fā)展，工藝已經(jīng)非常成熟。研究人員將激光和傳統(tǒng)的表面技術(shù)結(jié)合，對(duì)這個(gè)交叉領(lǐng)域進(jìn)行了許多研究。
激光對(duì)基體表面進(jìn)行照射可以發(fā)生在電鍍或化學(xué)鍍過(guò)程中，也可以在這之前或之后，因此可以依據(jù)激光處理介入的階段不同分為鍍前、鍍中和鍍后激光處理。 其中，對(duì)于鍍后激光處理可以根據(jù)鍍層與基體的結(jié)合情況分成三類：第一類，如果鍍層和基體被激光熔化，并且鍍層完全被基體稀釋，則是激光表面合金化。第二類，如果鍍層和基體部分熔化，鍍層被基體部分稀釋，鍍層與基體界面為冶金結(jié)合，則是預(yù)置式的激光熔覆。第三類，如果鍍層和基體沒有熔化沒有冶金結(jié)合 則是激光熱處理。第一類和第二類情況鍍層是激光加工的預(yù)置層，是激光加工工藝的一部分。第三類是為了提高鍍層的使用性能，是電鍍或化學(xué)鍍工藝的一部分 影響鍍層與基體的結(jié)合情況的因素主要有基體與鍍層的材料，鍍層的厚度和激光的比能量Es=P/DV(P為激光功率、D為激光光斑面積、V為激光掃描速度) 作為激光表面合金化、激光熔覆，激光梯度熔覆前的預(yù)置涂層，鍍層可以由一層或數(shù)層不同的具有一定厚度的材料組成。
常規(guī)電鍍?cè)诮陔娊庖褐械膬蓚€(gè)電極之間進(jìn)行，把待鍍金屬基體放在含有某種金屬的鹽類溶液中，借助于外電源驅(qū)動(dòng)并通過(guò)電解作用使金屬離子在基體表面還原沉積成金屬鍍層。對(duì)速一電解沉積過(guò)程的分析研究表明要在陰極基體上形成電鍍層主要包括離子遷移、電荷轉(zhuǎn)換和晶格化三個(gè)過(guò)程，而沉積速率主要由離子遷移速率和電荷交換速率所決定。進(jìn)一步研究表明離子遷移過(guò)程主要有擴(kuò)散、對(duì)流和電遷移三種方式，要提高這三種方式的速率可采取下列措施(1 )提高電解液溫度，(2)對(duì)電解液進(jìn)行攪拌,(3)增加極間電壓或減少極區(qū)距離，(4)加大電鍍液濃度。
激光電鍍的基本原理，激光器輸出的激光束經(jīng)透鏡聚焦后投射到陰極表面，在陰極附近的微小區(qū)域里形成極高的光功率密度。受光照的陰極材料吸收激光能量后，使電解液—陰極界面附近的局部微小區(qū)域里的溫度驟然升高，產(chǎn)生陡峭的溫度梯度并在電解液中引起強(qiáng)烈對(duì)流，從而攪拌了溶液。溫升和攪拌造成局部區(qū)域里離子遷移率增加，陰極還原反應(yīng)增強(qiáng)和平衡電位正向漂移，最后導(dǎo)致電鍍速率的增加。因此，激光電鍍的機(jī)理可概括為;陰極吸收激光能量后引起光致溫度驟升，造成局部范圍里電化學(xué)反應(yīng)大大增強(qiáng)，導(dǎo)致在陰極表面局部受光照區(qū)域沉積過(guò)程的劇烈加速。這種對(duì)激光引發(fā)的電鍍?cè)鰪?qiáng)效應(yīng)的理論解釋稱為激光電鍍的熱模型。還有一種用來(lái)解釋電鍍?cè)鰪?qiáng)效應(yīng)的光模型，這一模型認(rèn)為電鍍反應(yīng)的增強(qiáng)來(lái)源于光解效應(yīng)，亦即激光促進(jìn)了電解液離子自分解引起電化學(xué)反應(yīng)速度的增大，從而導(dǎo)致電鍍速率的增加。
激光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)聚焦后能達(dá)到極高的功率(能量)密度,例如功率為1瓦的氫激光器的輸出光束經(jīng)過(guò)透鏡聚焦成直徑為幾十微米的光點(diǎn),其功率密度可達(dá)104-105瓦/厘米。受光照的陰極材料吸收激光能量后,將使電解液一陰極界面附近的局部微小區(qū)域里的溫度驟然升高而產(chǎn)生陡峭的溫度梯度,并在電解液中引起強(qiáng)烈對(duì)流,從而攪拌了溶液。溫升和攪拌造成局部區(qū)域里離子遷移率增加,陰極還原反應(yīng)增強(qiáng)和平衡電位的正向漂移,最后導(dǎo)致陰極受光照局部區(qū)域沉積速率的升高和電鍍電流的增加。我們定義增強(qiáng)比E等于激光照射時(shí)的電鍍電流密度與無(wú)激光照射時(shí)背景電鍍電流密度之比, 它可以用下列公式表示:
激光增強(qiáng)電鍍是以高密度激光束輻照液 / 固分界面，造成局部溫升和微區(qū)攪拌，從而誘發(fā)或增強(qiáng)輻照區(qū)的化學(xué)反應(yīng)，引起液體物質(zhì)的分解，并在固體表面沉積出反應(yīng)生成物。1978年，美國(guó)IBM公司首先研究了激光電鍍，應(yīng)用1.5W的氫離子激光器或氫離子激光器，將聚焦后的激光束照射在鎢陰極上，鎳的沉積速度比不用激光束提高了600—1000倍。
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