沉积厚度的表面精加工，误读变量

沉积厚度的表面精加工

作者:林德施泰特，总统。

在订货的表面涂层系统，以提高服务的制品的性能，使用标准的精整规格是由大多数制造实体所采用的既定的程序。最常引用的规格ASTM，MIL规格，AMS和独特的企业规范。

表面处理规范确定了许多参数，以评估表面涂层执行其预期功能的能力。最常见的涂层要求用于合格的涂层系统是:

1. 沉积厚度:此参数通常由服务类定义。服务等级规定了沉积厚度作为预期用途的函数。服务等级在大多数ASTM规格中都很容易找到。厚度有几个定义，最小、最大、平均和平均范围。
2. 存款外观:外观描述是所施加的涂层的视觉属性的通用叙述。
3. 堆积物：此参数是由数种方法来定义。大多数的这些标准将强调以试图除去从基础金属沉积物中的涂层/基体金属界面。这些测试通常强调通过机械或热方式的涂覆冶金结合。普遍标准测试在ASTM B571中。
4. 倒数第二电镀要求：通常所选择的涂层系统是一系列的镀层，以提供所需的性能。本节将定义在最终沉积层以下的额外沉积层、应用顺序和任何倒数第二层所需的厚度。
5. 二次性能的先决条件:这些附加的测试协议是最典型的氢脆缓解，可焊性和加速腐蚀试验。

在所有这些参数中，最不为人所了解，因此经常被错误地应用的是沉积厚度。不幸的是，这导致了混乱和经常超过或低于应用的镀层厚度，这导致了不必要的延迟，以确保可接受的组件。

了解存款厚度变化

用电解或化学方法镀上的沉积物，如桶镀、机架镀或连续带材镀，都将按高斯分布曲线的定义呈正态分布。沉积厚度分布曲线定义为x(厚度)的函数，如式1所示:

哪里：

x为样品测量值，即沉积厚度

x一杠是x个数据点的算术平均值

σ是总体标准偏差

这个函数图形地显示为

在这张图中可以清楚地看到，单一测量位置的沉积物厚度不是一个单一的可重复值，而是围绕一个中心值(算术平均值)聚集的数字的分布，该中心值的变化由标准偏差定义。标准偏差是一种度量，用来量化一组数据值的变化或分散。标准差定义在公式2中。

哪里：

x为样品测量值，即沉积厚度

x一杠是x个数据点的算术平均值

σ是总体标准偏差

n是数据点的数量

理解在单一测量位置的物品沉积厚度的关键是，它不是单一的可重复数据点，而是围绕集中趋势(算术平均值)积累的分散值。

宽度或分散体的宽度是由工艺过程的变化来定义。这是一个必须设计一个物品时，应考虑分散的宽度。它是在厚度该变型中，这将影响部件的机械配合，腐蚀的性能，solderabiliy等，这是还限定质量验收标准时，考虑到工艺变化的关键。

围绕算术平均值聚集的数据点的百分比可以用积分法计算曲线下的面积。因此曲线下的面积从正无穷到负无穷代表了分布中所有数据点的100%。从负无穷到均值的曲线左边部分的面积代表50%的数据点。从正无穷到均值的右侧区域也是如此。

同样，x轴的任意两个值之间的任何区域，可以计算和按总面积除以面积来计算的那些包含在两个所选择的点之间测量的百分比。数据点中的正态分布的百分比-1σ和出口之间1σ+ 68.26是％。该-2σ和+2σ标准偏差之间存在的数据点是95.44％，并且类似地那-3σ之间存在和+3σ是98.74％的数据点。这显示在下面的图2。

从图2中可以明显看出有关过程标准偏差的几个事实。

1. 标准偏差的绝对值是一个重要的参数，用于定义表面精加工过程中预期的厚度值范围。要想在一篇文章上完全定义一个沉积物的厚度，必须考虑数据点的离散性。随着标准偏差的大小增加，数据的分散性也会增加，从而导致沉积厚度数据点可能非常小，也可能非常大。因此，聚类在集中趋势上的数据点较少，沉积厚度范围增大。这需要考虑设计方面的问题。

例子:

如果一个进程有一个大的标准偏差，在使用的最大或最小规格的特殊考虑必须进行评估。例如，如果供应商指定其被定义为最小规范没有值低于规定的厚度和质量验收标准的2000 ppm(0.2%缺陷),这将迫使供应商选择有针对性的平均沉积厚度至少4个标准差大于指定的最小厚度,这样没有测量值低于指定的最小值。这将对分布曲线右边的数据点产生巨大的影响。结果得到的厚度值的数量大于提高的目标平均厚度，这可能是一个问题，因为将在平均值加4个标准差的情况下测量物品。在使用规定的mimimum规范时，当然需要考虑这些数据点。

2. 在+/- 3个指标时，仍有0.26%的值显著小于或显著大于均值。如果要求质量验收水平小于2600 ppm(0.26%有缺陷)，这将对腐蚀性能或尺寸问题产生重大影响。虽然这只占产品的一小部分(0.26%)，但在汽车、医疗或航空航天行业，这种不可接受程度的产品常常是一个问题。

修改标准偏差的大小

如上所示，表面精加工中的镀层厚度主要由算术平均值和该数据关于平均值、标准差的离散度两部分组成。显然，为了尽可能多地聚集集中趋势的数据，最小化标准偏差的大小是至关重要的。这提供了一个更加一致和均匀的厚度数据集，便于产品设计和质量依从。

图3展示了数据的变化，其标准差比另一个示例小50%。在红色数据集中95%的数据将驻留在30到70个单位之间。在蓝色的数据集中，95%的数据位于40到60个单元之间。如果所关注的参数是尺寸，而图形描述的是沉积厚度，那么较小的更紧密的差异将有助于提供一个更统一和一致的拟合和函数。如果涉及腐蚀测试，也可以进行类似的讨论。更紧密的厚度分组数据将提供更多的抗腐蚀产品，在降低厚度小于或等于25时，产品的数量将减少，从而减少腐蚀失效的发生。

减少厚度数据的传播-化学和电解

可以选择和修改电镀工艺，以降低标准偏差的大小。所有的沉积过程，无论是电解的还是化学的，都是正态分布的，因为电解方法比化学镀工艺具有更大的本质上的标准偏差。因此，如果需要减小镀层厚度的分布或范围，设计工程师首先要做的决定是选择化学法而不是电解法。如果这个决定是不可能的，即化学处理工艺是不可用的，那么其他的选择需要作出。

下列选项将降低电解沉积系统的标准偏差。

1. 电镀系统的选择，从络合的阳离子相对于简单的离子沉积物。这方面的一个例子是铜板从氰化物电解质而非酸矩阵。
2. 减少处理过程中使用的电流密度。
3. 使用滚镀技术与机架电镀技术。
4. 如果机架电镀，使用护盾将减少标准偏差。
5. 在操作温度范围的低端运行化学系统。
6. 在滚镀，增强混合即桶转速的技术，锯齿体筒壁，断路器条将有助于获得较低的标准偏差。
7. 保持溶液化学在2%的最佳。

以下选择将减少的标准偏差电沉积系统。

1. 在架子电镀中，使用强化溶液混合，即适当的气流，使用阴极棒搅拌或两者同时进行。
2. 在滚镀，增强混合即桶转速的技术，锯齿体筒壁，断路器条将有助于获得较低的偏差。
3. 保持最佳的2％以内溶液化学

一定要检查回来在这个博客的第2部分。