专利名称：一种利用脉冲电铸制备等轴晶镍药型罩的方法
技术领域：
本发明属于电铸制备领域，提供了一种在硫酸镍电铸液中制备纯镍药型罩时控制
晶粒形状的方法，能够通过调整脉冲电流的参数与镀液配方来控制镍药型罩的晶粒形状。
背景技术：
在一般直流电铸工艺条件下，电铸镍药型罩只能得到粗大的柱状晶体，其性能往
往难以达到要求，这就要求我们得到细小的等轴晶，这时性能往往会更好。 镍是一种常见的电铸和电镀材料，因为它有很多优良的性能而得到了细致的研
究，绝大多数研究在于配方、直流电镀、电镀设备或者镀层外观方面，对于脉冲电铸的研究
则很少，对于晶粒的大小和形状变化的研究还未见到。镍以其具有强度高、声速高的特点被
用来制备药型罩。 对于直流电铸铜药型罩，有资料表明添加合适的添加剂能够获得等轴晶；对于直 流电铸镍，目前还没有发现合适的添加剂能够得到等轴晶。李小庆等发现电铸镍时不同晶 面上的结晶速度不同，在基底的法线方向有〈100〉丝织构，一般生长成柱状晶。(李小庆等， 电铸镍药型罩的微观组织及织构分析，兵器材料科学与工程，2004年第2期。)
专利申请(申请号200810246705. 6)实现了通过调整脉冲参数对电铸镍层硬度 和晶粒度的控制。但是对于药型罩来说，由于已公开的专利申请形成的是柱状晶，用来制作 药型罩打靶性能不够好，很多资料表明等轴晶的药型罩打靶性能要明显好于柱状晶的药型 罩，所以必须控制药型罩的晶粒的形状，形成等轴晶的药型罩，以提高打靶性能。本发明就 解决了难以控制药型罩晶粒形状的问题
发明内容
。 本发明的目的在于通过电铸镍药型罩时通过对脉冲参数与镀液配方的调整来获 得等轴晶镍药型罩，以解决难以控制镍药型罩晶粒形状的问题。
本发明的具体工艺为 采用双向脉冲电铸的方法，用30X的硫酸溶液调节电铸液pH = 3. l-4，把阳极电 解镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的不锈钢制锥形阴极芯模接入负极，阳极选 用镍板，镍板的总面积应为阴极芯模面积的8倍，调节电流密度11-20A/dn^，调节双向脉 冲电流的正向占空比为50_70%、负向占空比为10%，其余为电流死区，调节脉冲的频率为 1000-5000Hz，进行电铸20-150h，经阴极脱模后得到圆锥形等轴晶镍药型罩。
电铸液的配制在用去离子水清洗干净的电铸槽中加入电铸槽容积约2/7-4/7的 去离子水，加热到60°C ，保温3h，依次在电铸槽中加入250-600g/L六水合硫酸镍、25-70g/L 氯化镍、0. l-llg/L糖精；向用去离子水清洗干净的玻璃容器中加入电铸槽容积1/5-3/5的 去离子水，搅拌加热到沸腾，加入25-70g/L硼酸煮沸20-50min，然后加入0. 05-1. lg/L十二 烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将玻璃容器中配好的液体倒入电铸槽中，再注 入去离子水加满电铸槽，充分搅拌，在45-55t:保温5-15h。
把电铸制品用线切割法切成小块，把小块样品用环氧树脂进行镶样，经过打
磨-电解抛光-硝酸侵蚀，用光学显微镜观察晶粒的形状和大小，并拍照片。 从图l可以看出，一般的直流电铸镍药型罩为粗大的柱状晶体。从图2可以看出， 用双向脉冲电铸在一定参数下得到了细小的等轴状镍晶体。 如上所述的利用双向脉冲电铸法制备等轴晶镍药型罩的方法，主盐浓度根据电流 密度增大而增大，可以达到很高至600g/L，使用双向脉冲电源来进行电铸，其电铸时的电流 密度调节范围较大，可以是11-20A/dm、调节双向脉冲电流的正向占空比为50-70%、负向 占空比为10%、其余为电流死区，调节脉冲的频率为1000-5000Hz，阳极镍板的总面积应为 阴极芯模面积的8倍，即可获得等轴晶镍药型罩。 本发明的优点在于在生产中能够方便地利用脉冲电源调整脉冲参数加上合适的 镀液配方制备等轴晶镍药型罩。只需要调节双向脉冲参数到一定的范围，用合适的镀液配 方，即可获得等轴晶镍药型罩。
图1为一般的直流电铸镍药型罩铸层晶粒形貌。 图2为实施例1的双向脉冲电铸镍药型罩铸层晶粒形貌。
具体实施方式
实施例1 硫酸镍电铸液配制先计算电铸槽的总容积，用容积乘以硫酸镍、氯化镍、糖精、 十二烷基硫酸钠、硼酸的浓度分别得到所需的药品重量，硫酸镍的浓度为250g/L，氯化镍 25g/L，糖精0. lg/L，十二烷基硫酸钠0. 05g/L，硼酸25g/L。电铸槽加入1/2容积的去离子 水，加热到6(TC，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍、糖精，搅拌并保温3h。另取一 1000mL 烧杯用去离子水冲洗、干燥，加入300mL去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮 沸半小时，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽 中，再补加去离子水至电铸槽容积。充分搅拌，在45t:保温15h。 阴极芯模、阳极材料的前处理将所用阴极芯模用1000#、1200#碳化硅水砂纸磨 光，用去离子水冲洗干净，放入浓硝酸中7分钟进行表面钝化，然后再用去离子水洗，然后 干燥。将阳极电解镍板用牙刷仔细清洗表面，然后将电解镍板放入盐酸中15分钟使其表面 活化，然后用去离子水清洗。 电铸用30X的硫酸溶液调节pH = 3. l，然后把阴极芯模连接上双向脉冲电源负
极，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接上双向脉冲电源正极，镍板的总面积为阴极芯模面
积的8倍，调节电流密度11A/dm2，调节双向脉冲电流的正向占空比为70 % 、负向占空比为
10%、其余为电流死区，调节脉冲的频率为3000Hz，电铸20h。 脱模取出阴极进行脱模，对所得电铸镍药型罩进行清洗、干燥。
组织观察把电铸制品用线切割切成小块，经过镶样_打磨_抛光_侵蚀，用光学 显微镜观察晶粒的形状和大小，并拍照片。图l电铸镍药型罩铸层晶粒形貌表明得到了细 小的等轴状镍晶体。
实施例2
硫酸镍电铸液配制先计算电铸槽的总容积，用容积乘以硫酸镍、氯化镍、糖精、 十二烷基硫酸钠、硼酸的浓度分别得到所需的药品重量，硫酸镍的浓度为400g/L，氯化镍 45g/L，糖精5g/L，十二烷基硫酸钠0. 5g/L，硼酸45g/L。电铸槽加入1/2容积的去离子水， 加热到6(TC，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍、糖精，搅拌并保温3h。另取一 1000mL烧杯 用去离子水冲洗、干燥，加入300mL去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮沸半 小时，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽中， 再补加去离子水至电铸槽容积。充分搅拌，在5(TC保温10h。 阴极芯模、阳极材料的前处理将所用阴极芯模用200#、400#、600#、800#、1000#、 1200#碳化硅水砂纸磨光，用去离子水冲洗干净，放入浓硝酸中5分钟进行表面钝化，然后 再用去离子水洗，然后干燥。将阳极电解镍板用牙刷仔细清洗表面，然后将电解镍板放入盐 酸中15分钟使其表面活化，然后用去离子水清洗。 电铸用30X的硫酸溶液调节pH = 3. 5，然后把阴极芯模连接上双向脉冲电源负
极，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接上双向脉冲电源正极，镍板的总面积为阴极芯模面
积的8倍，调节电流密度15A/dm2，调节双向脉冲电流的正向占空比为60 % 、负向占空比为
10%、其余为电流死区，调节脉冲的频率为1000Hz，电铸80h。 脱模取出阴极进行脱模，对所得电铸镍药型罩进行清洗、干燥。 实施例3、 硫酸镍电铸液配制先计算电铸槽的总容积，用容积乘以硫酸镍、氯化镍、糖精、 十二烷基硫酸钠、硼酸的浓度分别得到所需的药品重量，硫酸镍的浓度为600g/L，氯化镍 70g/L，糖精11g/L，十二烷基硫酸钠1. lg/L，硼酸70g/L。电铸槽加入1/2容积的去离子水， 加热到6(TC，依次加入称量好的硫酸镍、氯化镍、糖精，搅拌并保温3h。另取一 1000mL烧杯 用去离子水冲洗、干燥，加入300mL去离子水，搅拌加热到沸腾，加入称量好的硼酸煮沸半 小时，然后加入十二烷基硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将其缓慢倒入电铸槽中， 再补加去离子水至电铸槽容积。充分搅拌，在55t:保温5h。 阴极芯模、阳极材料的前处理将所用阴极芯模用1000#、 1200#碳化硅水砂纸磨 光，用去离子水冲洗干净，放入浓硝酸中5-10分钟进行表面钝化，然后再用去离子水洗，然 后干燥。将阳极电解镍板用牙刷仔细清洗表面，然后将电解镍板放入盐酸中15分钟使其表 面活化，然后用去离子水清洗。 电铸用30X的硫酸溶液调节pH二 4，然后把阴极芯模连接上双向脉冲电源负极，
把阳极电解镍板放入阳极篮中并接上双向脉冲电源正极，镍板的总面积为阴极芯模面积的
8倍，调节电流密度20A/dm2，调节双向脉冲电流的正向占空比为50 % 、负向占空比为10 % 、
其余为电流死区，调节脉冲的频率为5000Hz，电铸150h。 脱模取出阴极进行脱模，对所得电铸镍药型罩进行清洗、干燥。
权利要求
一种利用脉冲电铸制备等轴晶镍药型罩的方法，其特征在于，采用双向脉冲电铸的方法，用30％的硫酸溶液调节电铸液pH＝3.1-4，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的不锈钢制锥形阴极芯模接入负极，镍板的总面积为阴极芯模面积的8倍，调节电流密度11-20A/dm2，调节双向脉冲电流的正向占空比为50-70％、负向占空比为10％，其余为电流死区，调节脉冲的频率为1000-5000Hz，进行电铸20-150h，经阴极脱模后得到圆锥形等轴晶镍药型罩。
2. 如权利要求1所述的利用脉冲电铸制备等轴晶镍药型罩的方法，其特征在于，所述 电铸液的配制为在用去离子水清洗干净的电铸槽中加入电铸槽容积约2/7-4/7的去离子 水，加热到6(TC，保温3h，依次在电铸槽中加入250-600g/L六水合硫酸镍、25-70g/L氯化 镍、0. l-llg/L糖精；向用去离子水清洗干净的玻璃容器中加入电铸槽容积1/5-3/5的去离 子水，搅拌加热到沸腾，加入25-70g/L硼酸煮沸20-50min，然后加入0. 05-1. lg/L十二烷基 硫酸钠，待十二烷基硫酸钠充分溶解后，将玻璃容器中配好的液体倒入电铸槽中，再注入去 离子水加满电铸槽，充分搅拌，在45-55t:保温5-15h。
全文摘要
一种利用脉冲电铸制备等轴晶镍药型罩的方法，属于电铸制备领域。本发明采用双向脉冲电铸的方法，用30％的硫酸溶液调节电铸液pH＝3.1-4，把阳极电解镍板放入阳极篮中并接入正极，经过前处理的不锈钢制锥形阴极芯模接入负极，调节电流密度11-20A/dm2，调节双向脉冲电流的正向占空比为50-70％、负向占空比为10％，其余为电流死区，调节脉冲的频率为1000-5000Hz，进行电铸20-150h，经阴极脱模后得到圆锥形等轴晶镍药型罩。本发明通过调节双向脉冲参数到一定的范围，并采用合适的镀液配方，解决了难以控制镍药型罩晶粒形状的问题。
文档编号C25D1/00GK101709491SQ200910241308
公开日2010年5月19日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者孙乐, 张长弓, 李春华, 李珍, 王雷, 田文怀, 贾成厂 申请人:北京科技大学