电解液分散能力

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,08 2005 FH,电镀工艺学0337,*,电镀工艺学,Plating technology,Chapter Electrolyte dispersing power,第三章 电解液分散能力,08 2005 FH,1,电镀工艺学0337,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。,08 2005 FH,2,电镀工艺学0337,2.6,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。,08 2005 FH,3,电镀工艺学0337,图,2,7,08 2005 FH,4,电镀工艺学0337,根据欧姆定律：,近阴极的电流,I,1,=,（,3-1,）,远阴极的电流,I,2,=,（,3-2,）,(3-3),08 2005 FH,5,电镀工艺学0337,2.6.1,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=,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,6,电镀工艺学0337,2.6.2,二次电流分布,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,I,1,/I,2,更接近于,1,。,说明在有阴极极化时的电流分布更均匀。,3,3,08 2005 FH,7,电镀工艺学0337,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：,V,1,=V,2,=V,I,1,R,1,-,k1,=I,2,R,2,-,k2,式中：,I,1,和,I,2,近阴极和远阴极的电流,R,1,和,R,2,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。,I,1,R,1,=,k1,-,k2,+I,2,R,2,（,3-5,）,08 2005 FH,8,电镀工艺学0337,把此式和,R=,L/S,代入（,3-5,）得,因,I/S=D,所以：,设,L,2,=L,1,+L,经整理得：（,3-6,）,08 2005 FH,9,电镀工艺学0337,因为电阻率的倒数就是电导率,所以,教材中,2,3,08 2005 FH,10,电镀工艺学0337,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,11,电镀工艺学0337,2.6.3,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,12,电镀工艺学0337,影响金属在阴极上,分布的因素还有,1,电流效率,08 2005 FH,13,电镀工艺学0337,影响金属在阴极上,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,08 2005 FH,14,电镀工艺学0337,电解槽,08 2005 FH,15,电镀工艺学0337,解决远近阴极影响的方法,1,形象阳极,2,辅助阴极,08 2005 FH,16,电镀工艺学0337,2.6.4,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（,M,1,/M,2,）,K,初次电流分布,08 2005 FH,17,电镀工艺学0337,分散能力的其他表达式,08 2005 FH,18,电镀工艺学0337,分散能力的测定,1,弯曲阴极法,X,面镀层的厚度,D=0.5,1A/dm,2,电镀,20min,08 2005 FH,19,电镀工艺学0337,2,远近阴极法,K,5,或,2,电镀,30min,08 2005 FH,20,电镀工艺学0337,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,21,电镀工艺学0337,霍尔槽结构尺寸,08 2005 FH,22,电镀工艺学0337,2,霍尔槽法,D=0.5,3A/dm,2,电镀,10,15min,一般为,5,08 2005 FH,23,电镀工艺学0337,覆盖能力：又称深镀能力,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,08 2005 FH,24,电镀工艺学0337,覆盖能力的测定：,1,直角阴极 法,25,08 2005 FH,25,电镀工艺学0337,2,内孔法,08 2005 FH,26,电镀工艺学0337,3,凹穴法,08 2005 FH,27,电镀工艺学0337,2.6.5,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。,08 2005 FH,28,电镀工艺学0337,三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,）,1,1,电化学,无阻化或表面步骤,负,整平（,b,）,1,1,扩散,无阻化或表面步骤,正,整平（,c,）,1,1,电化学,扩散步骤,08 2005 FH,29,电镀工艺学0337,整平剂特点：,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,08 2005 FH,30,电镀工艺学0337,08 2005 FH,31,电镀工艺学0337,有效,扩散层的有效厚度,D =,反应粒子的扩散系数,动力粘度（粘度,/,密度）,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,高速表示峰（,小,）,低速表示谷（,大,）,08 2005 FH,32,电镀工艺学0337,08 2005 FH,33,电镀工艺学0337,思考题,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？,08 2005 FH,34,电镀工艺学0337,思考题,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？,08 2005 FH,35,电镀工艺学0337,谢 谢！,08 2005 FH,36,电镀工艺学0337,