电镀工艺学
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电镀工艺学. 第三章 电解液分散能力. Plating technology Chapter Ⅲ Electrolyte dispersing power. 电解液分散能力的基本概念 分散能力(或称均镀能力) : 就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力 。 若镀层在阴极表面分布的比较均匀,就认为这种电解液具有良好的分散能力;在各种电解液中,氰化物电解液的分散能力比较好,普通酸性镀铜和镀锌等简单盐电解液的分散能力较差,镀络电解液的分散能力更差。 覆盖能力(或称深镀能力) : 在一定的电解条件下,电解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。

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电镀工艺学

第三章 电解液分散能力

Plating technologyChapter Ⅲ Electrolyte dispersing power

电镀工艺学03-37


电解液分散能力的基本概念

分散能力(或称均镀能力): 就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力。

若镀层在阴极表面分布的比较均匀,就认为这种电解液具有良好的分散能力;在各种电解液中,氰化物电解液的分散能力比较好,普通酸性镀铜和镀锌等简单盐电解液的分散能力较差,镀络电解液的分散能力更差。

覆盖能力(或称深镀能力):在一定的电解条件下,电解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。

由于电流密度的不均匀,在较低电流密度区极化小,达不到金属的析出电位,零件的深凹处没有金属镀层覆盖。

电镀工艺学03-37


2.6 电流与金属在阴极上的分布

为了提出电解液分散能力的数学表达式,首先讨论电流在阴极表面分布的问题。当支流电通过电解槽时,可能会遇到三部分的阻力:

1 金属电极的欧姆电阻:R电极

2 电解液的欧姆电阻: R电液

3 发生在固体电极与电解液(金属/溶液)两相界面上的阻力(阻抗)R极化

这种阻力是由于电化学或放电离子扩散过程缓慢引起的,就是由于电化学极化和浓差极化造成的。可等效的称为极化电阻。

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2-7

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根据欧姆定律:

近阴极的电流 I1 =(3-1)

远阴极的电流 I2 =(3-2)

(3-3)

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2.6.1 初次电流分布

假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布,

此时R极化≈ 0

初次分布时: 因电解液的电阻R=ρL/S,由于远近阴极的面积S相同,同样电解液的电阻率也相同,

因此 : (K=常数)(3-4)

可见,当阴极极化不存在时,近阴极和远阴极上的电流密度与它们和阳极的距离成反比。这种电流分布最不均匀。

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2.6.2 二次电流分布

在阴极极化存在时的电流分布称为二次电流分布。实际电流分布的表达式如下(3-3)。在实际电镀生产中,阴极极化总是存在的。当阴极极化存在时,由于近阴极电流密度大,从一般电化学规律看,近阴极的极化应该大于远阴极,

既R极化1>R极化2因此I1/I2更接近于1。

说明在有阴极极化时的电流分布更均匀。

3-3

电镀工艺学03-37


当直流电通过电解槽时,近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同,既:当直流电通过电解槽时,近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同,既:V1=V2=V

I1R1-Φk1=I2R2-Φk2

式中:I1和I2近阴极和远阴极的电流

R1和R2近阴极和远阴极与阳极间电解液的电阻

Φk1和Φk2近阴极和远阴极的电极电位。

I1R1 =Φk1-Φk2 + I2R2 (3-5)

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把此式和当直流电通过电解槽时,近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同,既:R=ρL/S代入(3-5)得

因I/S=D

所以: 设L2=L1+ΔL

经整理得: (3-6)

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因为电阻率的倒数就是电导率当直流电通过电解槽时,近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同,既:

所以

教材中2-3

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式中: 就式阴极的实际电流分布;

κ电解液电导率

ΔL 远近阴极与阳极距离之差;

为极化率(度)

即阴极极化曲线的斜率

(电位随电流密度的变化率)

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2.6.3 就式阴极的实际电流分布;金属在阴极上的分布

如果电流效率在远阴极上和近阴极上相同,也可以用镀层的金属重量比代替电流比。

如果电流效率在远阴极上和近阴极上不同,则还要考虑电流效率

电镀工艺学03-37


影响金属在阴极上 就式阴极的实际电流分布;

分布的因素还有

1 电流效率

电镀工艺学03-37


影响金属在阴极上 就式阴极的实际电流分布;

分布的因素还有

2 电力线分布

我们把在电场作用下离子运动的轨迹形象地称为电力线

电镀工艺学03-37


电解槽 就式阴极的实际电流分布;

电镀工艺学03-37


解决远近阴极影响的方法 就式阴极的实际电流分布;

1 形象阳极

2 辅助阴极

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2.6.4 就式阴极的实际电流分布;电解液的分散能力和覆盖能力

分散能力: 指金属的宏观分布

通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差表示:

(2-5)

式中 T 电解液分散能力(-100%~+100%)

M 金属分布(M1/M2)

K 初次电流分布

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分散能力的其他表达式 就式阴极的实际电流分布;

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分散能力的测定 就式阴极的实际电流分布;

1 弯曲阴极法

X面镀层的厚度

D=0.5-1A/dm2电镀20min

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2 就式阴极的实际电流分布;远近阴极法

K=5或2

电镀30min

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霍尔槽 就式阴极的实际电流分布;

利用电流密度在远近阴极上分布不同的特点,赫尔(Hull)1935年设计了一种平面阴极和平面阳极构成一定斜度的小型电镀实验槽,叫做赫尔槽。由于赫尔槽结构简单,使用方便,目前国内外 广泛的应用于电镀实验和工厂生产的质量管理,已成为电镀工作者不可缺少的实验工具。

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霍尔槽结构尺寸 就式阴极的实际电流分布;

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2 就式阴极的实际电流分布;霍尔槽法

D=0.5-3A/dm2电镀10-15min

一般为5

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覆盖能力:又称深镀能力 就式阴极的实际电流分布;指金属能否覆盖全部受镀表面

通常影响覆盖能力的因素:

析出电位:电位越正,有利于提高覆盖能力

基体材料特性:依材料不同各异,通常金属析出过电位与氢析出过电位相反

基体材料表面状态:光滑、洁净→有利于覆盖

粗糙、油污→不利于覆盖

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覆盖能力的测定: 就式阴极的实际电流分布;

1 直角阴极 法

25

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2 就式阴极的实际电流分布;内孔法

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3 就式阴极的实际电流分布;凹穴法

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  • 2.6.5 就式阴极的实际电流分布;电解液的整平能力

  • 电解液的整平能力: 整平作用是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。

  • 在微观粗糙的金属表面上电流和金属分布与镀液的整平能力有关。

  • 微观粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm,而波峰间距离又很小的粗糙表面。

  • 这种表面有两个基本特点:一是在微观轮廓面上峰谷差异较小,电力线分布可以认为是均匀的,所以,波峰处的电势与波谷处的电势近似相等;二是扩散层厚度大于波谷深度,造成波峰和波谷处的扩散层厚度不同。

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电镀工艺学03-37 就式阴极的实际电流分布;


整平剂特点: 就式阴极的实际电流分布;

1 能强烈阻化阴极过程,提高极化50-120mV

(光亮剂只能提高10-30mV)

2 能夹杂在镀层中或在阴极上还原而被消耗

3 整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量

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电镀工艺学03-37 就式阴极的实际电流分布;


δ 就式阴极的实际电流分布;有效=扩散层的有效厚度

D =反应粒子的扩散系数

ν=动力粘度(粘度/密度)

ω=旋转角速度

可以通过改变旋转圆盘电极的转速来模拟微观表面的峰与谷

高速表示峰(δ小)低速表示谷(δ大)

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电镀工艺学03-37 就式阴极的实际电流分布;


思考题 就式阴极的实际电流分布;03

1 什么是电解液的分散能力?

2 什么是电解液的覆盖能力?

3 什么是整平能力?有哪几种类型?

4 什么是初次电流分布?

5 什么是二次电流分布?

6 影响分散能力的因素又哪些?

7 影响覆盖能力的因素有哪些?

8 整平剂的特征是什么?

9 扩散层厚度大表示微观的峰还是谷?

10 提高旋转圆盘电极转速,电流密度减小,整平剂为哪种类型?

电镀工艺学03-37


思考题 就式阴极的实际电流分布;03

11 微观粗糙指:波-谷尺度差为 ?

12 电流效率与电流密度变化有哪些类型?

13 测定覆盖能力的方法有哪些?

14 测定整平剂特性可用什么方法?

15 测定分散能力的方法有哪些?

16 电镀时,电力线分布的特点?

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谢 谢! 就式阴极的实际电流分布;

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