雷卫宁 王星星 刘维桥 陈国炎 姜 博

1.江苏技术师范学院，常州，213001 2.机械科学研究总院，北京，100044 3.常州大学，常州，213016

超临界CO2流体微细电铸扩散传质过程建模与数值分析

雷卫宁1王星星2刘维桥1陈国炎1姜 博3

1.江苏技术师范学院，常州，213001 2.机械科学研究总院，北京，100044 3.常州大学，常州，213016

以微结构特征为分析对象，建立金属镍离子和多物质离子扩散传质的数学模型，利用MATLAB软件对所建模型进行数值模拟，分析电流密度、深宽比对微结构内部物质离子浓度的影响，同时对超临界CO2流体金属镍铸层的表面形貌和显微硬度进行研究和探讨。结果表明：在一定的深宽比和电流密度条件下，随着时间的推移，镍离子扩散传质过程逐渐趋于稳态；微结构流体的特征是自上而下，氢氧根离子浓度和氢氧化镍离子浓度逐渐递增，而氢离子浓度持续降低，镍离子浓度和硫酸根离子浓度变化不明显；深宽比大的微结构应在小电流密度条件下进行电铸，温度为323K、压力为10MPa、电流密度为5A／dm2时，超临界CO2流体电铸方法制备的镍铸层晶粒细小、组织致密，铸层的显微硬度达到701.2HV，与传统电铸相比有大幅度提高。

超临界CO2流体；镍铸层；扩散传质；电流密度；显微硬度

0 引言

集金属材料制备与精密制造为一体的电铸技术，在制造复杂、微细金属零部件方面有着独特的优势，在航空航天、微机电系统、电子信息等领域有着重要的应用。

近年来，超临界CO2流体（supercritical fluid CO2，SCF－CO2）电沉积方法由于具有极佳的整平能力、良好的混溶性、极好的传输性能及微观分散能力，受到国内外研究者的高度关注［1－3］。……