电镀工艺学-电化学工程课件.ppt

1、08 2005 FH电镀工艺学0337108 2005 FH电镀工艺学03372。 若镀层在阴极表面分布的比较均匀，就认为这种电解液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。能力较差，镀络电解液的分散能力更差。： 由于电流密度的不均匀，在较低电流密度区极化小，达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

2、镀层覆盖。不到金属的析出电位，零件的深凹处没有金属镀层覆盖。08 2005 FH电镀工艺学03373 为了提出电解液分散能力的数学表达式，首先讨论电流在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：部分的阻力：1 金属电极的欧姆电阻：金属电极的欧姆电阻：R电极电极2 电解液的欧姆电阻：电解液的欧姆电阻： R电液电液3 发生在固体电极与电解液（金属发生在固体电极与电解液（金属/溶液）两相界面上的阻力溶液）两相界面上的阻力（阻抗）（阻抗）R极化极化 这种阻力是由于电化学或放电

3、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。 08 2005 FH电镀工艺学03374图2708 2005 FH电镀工艺学03375根据欧姆定律：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)11RRV极化电液22RRV极化电液112221极化电液极化电液RRRRIIVIR08 2005 FH电镀工艺学03376 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=L/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

4、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。1221电液电液RRIIKLLSLSLRRII12121221/电液电液08 2005 FH电镀工艺学03377 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1R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。 112221极化电液极化电液RRRRII3308 2005 FH电镀工艺学03378 当直流电通过电解槽

5、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-k1=I2R2-k2 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 k1和k2 近阴极和远阴极的电极电位。 I1R1 =k1-k2 + I2R2 （3-5）222KA111KARIRIV08 2005 FH电镀工艺学03379D2121）（DDDDkk把此式和R=L/S代入（3-5）得 因I/S=D所以： 设L2=L1+L 经整理得： （3-6）122112I(DD )IDLSLS11221IDL11IDLD 111222D L(DD )D LD 111221D L(DD

6、 )DLLD （）08 2005 FH电镀工艺学033710因为电阻率的倒数就是电导率111221IDL1IDLD 所以教材中2308 2005 FH电镀工艺学033711式中： 就式阴极的实际电流分布； 电解液电导率 L 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） 2121DDIID08 2005 FH电镀工艺学033712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。11221IDL1IDLD12MM 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1122DD12MM1L1LD 08 2005 FH电镀工艺学

7、033713影响金属在阴极上影响金属在阴极上分布的因素还有分布的因素还有1 电流效率电流效率08 2005 FH电镀工艺学033714影响金属在阴极上影响金属在阴极上分布的因素还有分布的因素还有2 电力线分布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我们把在电场作用下离子运动的轨迹形象地称为电力线 08 2005 FH电镀工艺学033715电解槽电解槽08 2005 FH电镀工艺学0337161 形象阳极形象阳极2 辅助阴极辅助阴极08 2005 FH电镀工艺学033717通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差表示：kMT100%KM2（25）式中 T 电解液分散能力（10

8、0+100%） M 金属分布（M1/M2） K 初次电流分布08 2005 FH电镀工艺学033718 08 2005 FH电镀工艺学033719分散能力的测定分散能力的测定1 弯曲阴极法弯曲阴极法BDEAAAT100%3X面镀层的厚度D=0.51A/dm2 电镀电镀20minx08 2005 FH电镀工艺学0337202 远近阴极法远近阴极法 K5或或2 电镀电镀30minkMT100%KM208 2005 FH电镀工艺学033721霍尔槽霍尔槽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

9、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。08 2005 FH电镀工艺学033722霍尔槽结构尺寸霍尔槽结构尺寸08 2005 FH电镀工艺学0337232 霍尔槽法霍尔槽法D=0.53A/dm2 电镀电镀1015mini1T100%i一般为508 2005 FH电镀工艺学033724通常影响覆盖能力的因素： 析出电位析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力 基体材料特性：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08 2005

10、FH电镀工艺学0337252508 2005 FH电镀工艺学03372608 2005 FH电镀工艺学03372708 2005 FH电镀工艺学033728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整平作用是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。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。能力有关。 微观粗糙表面通常是指波谷深度小于微观粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm，而波峰，而波峰间距离又很小的粗糙表面。间距离又很小的粗糙表面。 这种表面有两个基本特点：这种表面有两个基本特点：一是一是在微

11、观轮廓面上峰谷差异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；与波谷处的电势近似相等；二是二是扩散层厚度大于波谷深度，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。造成波峰和波谷处的扩散层厚度不同。08 2005 FH电镀工艺学033729三种类型的整平剂作用三种类型的整平剂作用整平作用谷/峰镀层厚度电流密度比i谷/i峰金属离子电沉积的控制步骤添加剂阻化作用的控制步骤几何整平（a）11电化学无阻化或表面步骤负整平（b）11扩散无阻化或表面步骤正整平（c）11电化学扩散步骤08

12、2005 FH电镀工艺学0337301 能强烈阻化阴极过程，提高极化能强烈阻化阴极过程，提高极化50120mV （光亮剂只能提高（光亮剂只能提高1030mV）2 能夹杂在镀层中或在阴极上还原而被消耗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整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量08 2005 FH电镀工艺学03373108 2005 FH电镀工艺学033732216131D62. 1有效有效有效扩散层的有效厚度扩散层的有效厚度 D =反应粒子的扩散系数反应粒子的扩散系数 动力粘度（粘度动力粘度（粘度/ /密度）密度） 旋转角速度旋转角速度可以通过改变旋转圆盘电极

13、的转速来模拟微观表面的峰与谷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 08 2005 FH电镀工艺学03373308 2005 FH电镀工艺学0337341 什么是电解液的分散能力？什么是电解液的分散能力？2 什么是电解液的覆盖能力？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？什么是整平能力？有哪几种类型？4 什么是初次电流分布？什么是初次电流分布？5 什么是二次电流分布？什么是二次电流分布？6 影响分散能力的因素又哪些？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？影响覆盖能力的因素有哪些？8 整平剂的特征是什么？整平剂的特征是什么？9 扩散层厚度大表示微

14、观的峰还是谷？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？提高旋转圆盘电极转速，电流密度减小，整平剂为哪种类型？08 2005 FH电镀工艺学03373511 微观粗糙指：波谷尺度差为微观粗糙指：波谷尺度差为 ？12 电流效率与电流密度变化有哪些类型？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？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？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？测定分散能力的方法有哪些？ 16 电镀时，电力线分布的特点？电镀时，电力线分布的特点？08 2005 FH电镀工艺学033736