电镀教材电解液分散能力课件

电镀液的分散能力及覆盖能力电镀液的分散能力及覆盖能力08 2005 FH电镀工艺学03372电解液分散能力的基本概念电解液分散能力的基本概念电解液分散能力的基本概念电解液分散能力的基本概念分分分分散散散散能能能能力力力力（或或或或称称称称均均均均镀镀镀镀能能能能力力力力）:就就就就是是是是电电电电解解解解液液液液能能能能使使使使零零零零件件件件表表表表面面面面镀镀镀镀层层层层的的的的厚度均匀分布的能力厚度均匀分布的能力厚度均匀分布的能力厚度均匀分布的能力。若若镀镀层层在在阴阴极极表表面面分分布布的的比比较较均均匀匀，就就认认为为这这种种电电解解液液具具有有良良好好的的分分散散能能力力；在在各各种种电电解解液液中中，氰氰化化物物电电解解液液的的分分散散能能力力比比较较好好，普普通通酸酸性性镀镀铜铜和和镀镀锌锌等等简简单单盐盐电电解解液液的的分分散散能能力力较较差，镀络电解液的分散能力更差。差，镀络电解液的分散能力更差。覆覆覆覆盖盖盖盖能能能能力力力力（或或或或称称称称深深深深镀镀镀镀能能能能力力力力）：在在在在一一一一定定定定的的的的电电电电解解解解条条条条件件件件下下下下，电电电电解解解解液液液液能能能能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。由由于于电电流流密密度度的的不不均均匀匀，在在较较低低电电流流密密度度区区极极化化小小，达达不不到金属的析出电位，零件的深凹处没有金属镀层覆盖。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 2.6 2.6 电流与金属在阴极上的分布电流与金属在阴极上的分布电流与金属在阴极上的分布电流与金属在阴极上的分布 为为了了提提出出电电解解液液分分散散能能力力的的数数学学表表达达式式，首首先先讨讨论论电电流流在在阴阴极极表表面面分分布布的的问问题题。当当支支流流电电通通过过电电解解槽槽时时，可可能能会会遇遇到到三三部分的阻力：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 发发生生在在固固体体电电极极与与电电解解液液（金金属属/溶溶液液）两两相相界界面面上上的的阻阻力力（阻抗）（阻抗）R极化极化 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。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)08 2005 FH电镀工艺学03376 2.6.1 2.6.1 初次电流分布初次电流分布初次电流分布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=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。08 2005 FH电镀工艺学03377 2.6.2 2.6.2 二次电流分布二次电流分布二次电流分布二次电流分布 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。3308 2005 FH电镀工艺学03378 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-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）08 2005 FH电镀工艺学03379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）08 2005 FH电镀工艺学033710因为电阻率的倒数就是电导率所以教材中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）08 2005 FH电镀工艺学0337122.6.3 2.6.3 金属在阴极上的分布金属在阴极上的分布金属在阴极上的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08 2005 FH电镀工艺学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033716解决远近阴极影响的方法解决远近阴极影响的方法解决远近阴极影响的方法解决远近阴极影响的方法1 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0337172.6.4 2.6.4 电解液的分散能力和覆盖能力电解液的分散能力和覆盖能力电解液的分散能力和覆盖能力电解液的分散能力和覆盖能力分散能力：分散能力：分散能力：分散能力：指金属的宏观分布指金属的宏观分布指金属的宏观分布指金属的宏观分布 通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差表示：（25）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08 2005 FH电镀工艺学033718 分散能力的其他表达式分散能力的其他表达式分散能力的其他表达式分散能力的其他表达式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X面镀层的厚度D=0.51A/dm2 电镀电镀20min08 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30min08 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1015min一般为508 2005 FH电镀工艺学033724覆盖能力：又称深镀能力覆盖能力：又称深镀能力覆盖能力：又称深镀能力覆盖能力：又称深镀能力 指金属能否覆盖全部受镀表面指金属能否覆盖全部受镀表面指金属能否覆盖全部受镀表面指金属能否覆盖全部受镀表面通常影响覆盖能力的因素：析出电位析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力 基基体体材材料料特特性性：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 FH电镀工艺学033725覆盖能力的测定：覆盖能力的测定：覆盖能力的测定：覆盖能力的测定：1 1 直角阴极直角阴极直角阴极直角阴极 法法法法2508 2005 FH电镀工艺学0337262 2 内孔法内孔法内孔法内孔法08 2005 FH电镀工艺学0337273 3 凹穴法凹穴法凹穴法凹穴法08 2005 FH电镀工艺学0337282.6.5 2.6.5 电解液的整平能力电解液的整平能力电解液的整平能力电解液的整平能力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整平作用是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。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。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，而波峰间，而波峰间距离又很小的粗糙表面。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：一是一是在微观轮廓面上峰谷差异较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；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，造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。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 2005 FH电镀工艺学033730整平剂特点：整平剂特点：整平剂特点：整平剂特点：1 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033732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高速表示峰（高速表示峰（高速表示峰（高速表示峰（小小小小）低速表示谷（低速表示谷（低速表示谷（低速表示谷（大大大大）08 2005 FH电镀工艺学03373308 2005 FH电镀工艺学033734思考题思考题 031 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033735思考题思考题 0311 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谢谢 谢！谢！