《電鍍/化學鍍純鐵機理與鍍膜工藝研究》是依託電子科技大學,由胡文成擔任醒目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：電鍍/化學鍍純鐵機理與鍍膜工藝研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：胡文成
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
慣性約束聚變（ICF）研究中，實現聚變反應的微靶是由幾何尺寸微米至毫米量級的多種零件組裝而成，其中的金屬黑腔是實現雷射-X光轉換所不可或缺的零件，而高純鐵腔靶則是ICF實驗中研究某些特殊物理實驗現象與規律的重要黑腔之一。由於氣相沉積的真空鍍膜技術很難製得厚度5微米以上的金屬鍍層，對於物理實驗所用的複雜性狀黑腔更難製得均勻塗層。為此，本研究以金屬/非金屬為鍍層芯軸材料，通過兩次抗氧化層處理/離子鈀活化技術，採用化學鍍的方法，預先沉積出鍍層均勻、內表面光潔、導電性能良好的純鐵（≥95%）薄層（≤5微米），並研究該過程的沉積機理、沉積參數對微觀形貌的影響和動力學過程。在預先沉積純鐵薄層的襯底上進一步通過雙脈衝電鍍技術高速沉積晶粒細小、緻密性高、應力分布均勻、抗氧化性能優良、高純度（≥95%）的厚鐵層（≥10微米），並研究工藝條件對微觀形貌和抗氧化性能的影響以及研究雙脈衝電鍍技術高速鍍鐵的機理。
結題摘要
慣性約束核聚變(ICF)是一種微型受控核聚變，它為研究宇宙起源、模擬核爆炸以及開發受控熱核新能源等提供了有利條件。在核聚變中，金屬靶腔是一個關鍵部件。金屬鐵平均結合能最大，是製備核聚變金屬靶腔的理想材料。要製備滿足ICF套用的鐵靶腔，就必須製備純度高、抗氧化、平整光滑的鐵層。 化學鍍-電鍍鐵工藝，採用化學鍍方法在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)襯底表面沉積鐵薄膜，經電鍍加厚，再分離得到能自支撐的鐵層。通過實驗，最佳化了的化學鍍配方，得到了化學鍍和電鍍加厚的鐵沉積層，並用SEM，XRD等分析了鐵沉積層的表面形貌和織構取向。通過研究化學鍍工藝參數對化學鍍鐵沉積速度的影響發現，主鹽硫酸亞鐵銨和還原劑硼氫化鈉對化學鍍沉積速率的影響相似，鍍速曲線類似S型。絡合劑檸檬酸三鈉對鍍速的影響與表面活性劑十二烷基磺酸鈉較為相似。鍍速對溫度較敏感，而緩衝劑對其影響則存在較寬的平台區。 直接電鍍鐵工藝，以鋁片/鋁箔為襯底，採用直流電鍍法直接沉積鐵層，然後分離得到鐵膜。通過對電鍍液配方的最佳化，獲得了緻密光亮的鐵層，並用SEM，XRD等分析了鐵沉積層的織構形貌。此外，論文也對雙脈衝電鍍製備納米鐵層的工藝進行了初步研究，獲得了緻密光亮，抗氧化性能好的鐵沉積層，並分析了電流密度和通斷比對鍍層形貌織構的影響。 通過研究和分析發現電流密度、電鍍添加劑、電鍍時間、氯化物型和氨基磺酸鹽型電鍍液對鐵沉積層微觀形貌、晶格取向和生長機制有重要影響。磺酸鹽型電鍍鐵層晶粒以螺旋狀向上生長，擇優取向為BBC(110)，顆粒較大，但抗氧化性能好。氯化物-鹽酸型鍍層晶粒細小，擇優取向為BBC(211)，表面光亮緻密，抗氧化性能稍弱。 氯化物-硫酸鹽型鐵鍍層生長過程明顯分為非穩定，過渡和穩定生長三個階段。從啟鍍到電鍍20min，鍍層表面形貌凹凸不平，織構取向不明顯，以類似Volmer-Weber(V-W)島狀模式生長，是非穩定生長階段；從20到40min為過渡階段，鍍層以類似Stranski-Krastanov(S-K)島狀-層狀模式生長，顆粒緻密堆積，擇優取向變得明顯；40min到60min為穩定生長階段，以類似Frank-van der Merwe(F-M)層狀模式連續鋪展生長。 氯化物-鹽酸型鍍層與氯化物-硫酸鹽型生長模式相似。不同的是，該鍍層由均一的生長單元“鐵米粒”直接緻密堆積形成，而氯化物-硫酸鹽型鍍層則要經過生長單
