第三章 电镀溶液与镀液性能
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常用电镀溶液的分析引言电镀工艺是一种通过在金属表面沉积一层金属薄膜的方法,用于提高对金属表面的保护和装饰。
在电镀过程中,电镀溶液起着至关重要的作用,它是通过溶解金属盐和添加各种添加剂制备而成的。
对电镀溶液进行分析和了解其组成和性质,对于优化电镀工艺、提高产品质量和保证生产安全至关重要。
本文将介绍常用电镀溶液的分析方法和注意事项。
电镀溶液的分析方法1. pH值的测定pH值是电镀溶液的酸碱性指标,对于电镀过程和镀层的质量都有重要影响。
pH值的测定可用酸碱滴定法、酸碱电位法或pH电极法等方法进行。
这些方法都需要使用标准溶液进行校正和测定。
2. 金属离子浓度的测定金属离子是电镀溶液中起到沉积作用的主要组成部分。
测定金属离子浓度有多种方法,如电位滴定法、光度法、原子吸收光谱法等。
这些方法需要选择适当的仪器设备,并根据具体情况选择合适的标准溶液进行测定。
3. 添加剂成分的分析添加剂是电镀溶液中起到调节镀层性能的重要组成部分。
对于添加剂成分的分析可以采用高效液相色谱法、气相色谱法、红外光谱法等。
这些方法需要进行样品的前处理和测试数据的分析,可以辅助选择适当的标准溶液进行测定。
电镀溶液分析注意事项1. 样品采集和保存为了保证分析结果的准确性,采集样品时需要注意,避免污染和溶解。
同时,在采样后应尽快进行分析,以避免样品的变化和损失。
2. 适当的仪器设备选择选择适当的仪器设备对于分析电镀溶液非常重要。
不同的分析方法可能需要不同的设备,如电位滴定法需要选择滴定仪,而原子吸收光谱法需要选择原子吸收光谱仪等。
正确选择并熟练操作仪器设备能够提高分析的准确性和效率。
3. 标准溶液的使用和制备标准溶液是进行电镀溶液分析的重要参照物,需要确保其浓度准确可靠。
标准溶液的制备需要遵循相关标准和操作规程,以确保浓度的准确性和稳定性。
4. 数据的分析和解释进行电镀溶液分析后,所得到的数据需要进行分析和解释。
这涉及到对分析结果的理解和比较,以及对异常数据的处理和解释。
影响电镀镀层质量的因素——镀液的性能镀层种类繁多,同时,沉积某种金属用的镀液也可有不同类型,因此,各类镀种的镀液组成千差万别,但较理想的镀液应具有如下的性能:(1)沉积金属离子阴极还原极化较大,以获得晶粒度小、致密,有良好附着力的镀层。
(2)稳定且导电性好。
(3)金属电沉积的速度较大,装载容量也较大。
(4)成本低,毒性小。
镀液配方千差万别,但一般都是由主盐、导电盐(支持电解质〕、络合剂和一些添加剂等组成。
主盐是指进行沉积的金属离子盐,主盐对镀层的影响体现在:主盐浓度高,镀层较粗糙,但允许的电流密度大;主盐浓度低,允许通过的电流密度小,影响沉积速度。
一般电镀过程要求在高的主盐浓度下进行,考虑到溶解度等因素,常用的主盐是硫酸盐或氯化物。
导电盐(支持电解质〉的作用是增加电镀液的导电能力,调节?只值,这样不仅可降低槽压、提高镀液的分散能力,更重要的是某些导电盐的添加有助于改善镀液的物理化学性能和阳极性能。
在单盐电解液中,镀层的结晶较为粗糙,但价廉、允许的电流密度大。
而加人络合剂的复盐电解液使金属离子的阴极还原极化得到了提高,可得到的镀层细致、紧密、质量好,但成本较高。
对于Zn、Cu、Cd、Ag、Au等的电镀,常见的络合剂是氰化物;但对于沖、等金属的电镀,因这些元素的水合离子电沉积时极化较大,因而可不必添加络合剂。
在复盐电解液的电镀过程中,因氰化物的毒性较大,无氰电镀成为发展方向。
添加剂在镀液中不能改变溶液性质,但却能显著地改善镀层的性能。
添加剂对镀层的影响体现在添加剂能吸附于电极表面,可改变电极一溶液界面双电层的结构,达到提高阴极还原过程过电位、改变丁曲线斜率等目的。
添加剂的选择是经验性的,添加剂可以是无机物或有机物,通常指的添加剂有光亮剂、整平剂、润湿剂和活化剂等。
镀液的性能可以影响镀层的质量,而镀液是由溶质和溶剂组成的,溶剂对镀层质量也应有一定影响。
电镀液溶剂必须具有下列性质:①电解质在其中是可溶的;②具有较高的介电常数,使溶解的电解质完全或大部分电离成离子。
电镀药液性能测试方法第一节 pH 值的测定镀液pH值的测定主要采用pH试纸和pH值测定仪两种方法.前者方便,但精确度较差;后者精确,而且测定结果不受镀液颜色的影响.一、 pH试纸法选用适当测定范围的pH试纸,浸入镀液后试纸颜色会发生变化,将从镀液中取出的试纸与标准样纸进行颜色比较,即可得知镀液的pH值.本方法是测定溶液pH值最常用的方法。
当镀液本身的颜色影响试纸颜色变化的观察从而影响比色时,则本方法不适用.不同工厂生产的同种规格的试纸,所测得的pH值会有差别;而同一工厂生产的不同规格的试纸,所测得的pH值也会有差别,因此在使用时要注意试纸的种类规格和生产单位。
长期搁置或暴露于日光,pH试纸也会失效,故应注意保存.市售pH 试纸分广泛试纸和精密试纸两种。
二、pH值测定仪法要精确测定镀液的pH值可使用pH值测定仪(即pH计或酸度计).测定时,在镀液中插入饱和甘汞电极作参比电极,pH玻璃电极作指示电极,接上pH计即能通过测得的电位差指示出氢离子活度的负对数,即pH值.测量过程必须注意:(1)测量前,pH计必须用与镀液pH值相近的标准缓冲溶液校正,以免引起误差.标准缓冲溶液在一定温度下各有一定的pH值.我国标准计量局颁发了六种标准缓冲溶液.(2)一般的玻璃电极适用的pH范围是1-9,如果酸度过高或碱度过高,都会产生误差,即“酸差”和“碱差”,需用校正曲线进行校正。
(3)玻璃电极的玻璃饱极薄,易破,使用时要特别小心。
玻璃电极初次使用时应先在蒸馏水中浸泡一昼夜,以稳定其不对称电位.用后仍需浸泡在蒸馏水中,以备再用。
(4)如果自配标准缓冲溶液,需用两重蒸馏水,电导率低于10-6/(欧姆*厘米),化学药品要用分析纯以上试剂。
第二节电导率的测定电导G为电阻的倒数。
即G=1/R。
G是电导率,单位是S/m,或S/cm电导的测定有直流电桥法和交流电桥法。
通常用交流电流电容电桥----交流惠斯通电桥测定。
在测定线路中,G是音频振荡器,产生1000 - 2500Hz的纯正弦波,B是隔离变压器;AB 为均匀的滑线电阻;Ri为可变电阻;M为电导池,其中溶液电阻为R二;C;为可变电容器;T为耳机(或示波器).测定时,移动接触点E,直到耳机中声音达最小为止.此时,E,D两点电位相等.当DTE中无电流通过时,电桥达到平衡,此时R1/Rx=R3/R4或Gx=R3/(R4*R1)=(AE/BE)/R]式中Gx是Rx的倒数,即电导,R3,R4分别是AE,EB段的电阻。
电镀溶液与镀层性能测试1 前言一百多年来许多人对电镀层的内应力进行了研究,它是反应镀层质量的重要因素,可分为张应力和压应力,张应力过大会导致镀层裂纹,甚至剥落,压应力过大会导致镀层起泡,对于细、薄、软的零件容易变形,对机械性能有特殊要求的零件(如电子厂品、军工产品)镀层内应力越小越好,随着现代科学技术的发展,对产品的质量要求越来越高,控制镀层内应力显得十分重要。
本文介绍几种国内外常用的几种测量方法,以便对于点镀层内应力进行深入研究。
2 测量方法2.1薄片阴极弯曲法薄片阴极弯曲法是一种经典的内应力测量方法。
其基本形式是:采用一块狭长的金属薄片作阴极,背向阳极的一面绝缘;电镀时一端用夹具固定另一端可以自由活动;电镀后,镀层中产生的内应力会迫使薄片阴极弯曲。
其内应力计算公式为式中:P为镀层内应力,Pa;E为薄片阴极的弹性模量,Pa;T为薄片阴极的厚度,mm;R为薄片阴极的弯曲半径,mm;t为镀层的厚度, mm。
在实际测量中,薄片的弯曲度Z,阴极下端弯曲度Z′,弯曲L要比曲率半径R 更易测得,所以上式可变为或者测量方法的是:采用一长条薄金属片作为阴极,单面上图绝缘膜,装在一个特殊框架中,将其一端固定,另一端自由活动。
同时把另一条与拨片阴极大小相同的金属片作为阳极,固定在于阴极平行的一定距离上,电镀层内应力迫使阴极破片朝阳极或背阳极弯曲,弯曲量一般是以阴极端部的偏移量Z’来度量,Z’可用读数显微镜或光学投影灯方法来测定,还有用阴极活动端上的指针或光电在刻线尺上的移动来测量,用公式(3)计算镀层内应力。
应当注意,公式(1)(2)(3)是在T》t情况下推出。
如果t超过T的值5%,上述公式将不能使用。
第二种方法;用两条金属薄片叠合在一起,将其夹持在特制的框架内,两面上电沉积,由于薄片老虎被加紧着,在电镀过程中式不会变形的。
电镀完成后薄片从框架中取出,夹紧力消除,薄片就自由弯曲到平衡状态,然后测量薄片的曲率半径,按公式(4)计算这第二种方法只能测出最后的内应力平均值,不能测量瞬时内应力值。
镀液成分对镀液性能和镀层质量的影响方莉俐;程丙良;吴晓雷;乔磊【摘要】在金刚石颗粒表面镀覆和金刚石-镍复合电镀中,电镀液的成分对镀液性能和镀层质量影响很大.用电子天平、金相显微镜、表面粗糙度测量仪和电化学工作站对镀层形貌、阴极增重、表面粗糙度、沉积电位、自腐蚀电位和自腐蚀电流密度进行检测和分析,探究电镀液中氯化镍、硼酸、十二烷基硫酸钠等成分的浓度变化对镀液性能和镀层质量的影响.结果表明,未加外界搅拌时,对镀层阴极增重影响最大的为硼酸,对镀层表面粗糙度、沉积电位、自腐蚀电位和自腐蚀电流密度影响最大的为氯化镍.综合考虑各项指标,电镀液中各成分浓度的最优配置为:NiSO4·6H2O 250 g/L,NiCl2·6H2O 40 g/L,H3BO320 g/L,SDS 0.05 g/L.镀层出现麻点是十二烷基硫酸钠和硼酸共同作用的结果,当镀液中十二烷基硫酸钠和硼酸的含量较低时,镀层会出现麻点.如果仅考虑自然对流,镀液的重复使用会促使十二烷基硫酸钠分子夹入到镀层之中,导致阴极增重量增加;镀液中氯化镍的浓度不均衡,会造成镀层各位置的耐腐蚀性能不一致,且镀层中间位置的耐腐蚀性能会比边缘好一些.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2017(028)006【总页数】6页(P58-62,85)【关键词】电镀;镀液成分;镀液性能;镀层质量【作者】方莉俐;程丙良;吴晓雷;乔磊【作者单位】中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TQ513人造金刚石具有硬度高、耐磨损、耐腐蚀的优良性能,可制作成用于切割、磨削、钻探的金刚石工具;同时,它存在加热易氧化、石墨化,与大多数金属、合金、结合剂之间有着高界面能等缺点,在实际使用过程中易脱落流失,导致金刚石工具的使用寿命短,加工效率低[1]。
采用电镀方法可以在金刚石颗粒表面镀覆一层金属薄膜,以减少高温环境下金刚石颗粒的热损伤,增强其与基体间的结合力,减少金刚石脱落,从而提高金刚石颗粒的利用率和金刚石工具的加工效率,延长其制品的使用寿命[2-3]。
电镀添加剂之电镀液分析电镀添加剂在使用过程中经常需要分析镀液,一般的电镀厂没有自己的化验室,我们公司可以为客户分析化验电镀添加剂镀液,电镀厂就能随时掌控电镀槽镀液的情况。
常见电镀液的分析方法一、酸性镀锌(硫酸盐镀锌)1、锌测定:取镀液10ml于100容量瓶中,加水至刻度,取此稀释液5ml,加水30ml,逐滴滴加1:1NH3·H2O调至微浑浊,加入1:4三乙醇胺10ml,pH=10缓冲溶液5ml,EBT指示剂少许,用0.05mol/lEDTA标准液滴定至兰色。
CZnSO4·7H2O=M×V×288/n (g/l)M——EDTA标准液浓度,mol/lV——消耗EDTA标准液体积,mln——吸取镀液毫升数。
2、铝的测定取镀液1ml于250ml锥形瓶中,加水50mL,加入0.05mol/lEDTA标准液40ml,pH=5的缓冲溶液15ml,煮沸2min,冷却,加XO2滴,用0.05mol/l标准锌溶液滴定至紫红色,体积不记。
加NH4F1.5g,加热近沸腾,冷却,补加XO1~2滴,用0.05mol/l标准锌溶液滴定至紫红色为终点。
CAl2(SO4)3·18H2O=MV×666.4/2 (g/l)M——锌标准溶液浓度,mol/lV——EDTA标准溶液体积,ml666.4——Al2(SO4)3·18H2O分子量3、氯化物测定取镀液10ml于100容量瓶中,加水至刻度,取此稀释液5ml于250ml锥形瓶中,加水100mL,1ml5%K2CrO4指示剂,以0.1mol/lAgNO3标液滴定至白色沉淀中有红色沉淀为终点。
CnaCl=MV×58.5/0.5 (g/l)M——AgNO3标液浓度mol/lV——AgNO3消耗标准液体积,ml试剂:5%K2CrO4指示剂:5gK2CrO4溶于95ml水中;0.1mol/lAgNO3标准溶液二、钾盐镀锌(氯化钾镀锌添加剂)1、锌测定:同“一中1”2、NaCl测定:同“一中2”3、H3BO3测定取500ml镀液,预先调pH=5左右。
化学镀液电镀液化学镀液是一种常用的技术,用于在金属表面形成一层均匀、致密的金属镀层。
它广泛应用于电子、汽车、航空航天等行业,能够提升金属材料的耐腐蚀性、导电性和美观性。
电镀液是化学镀液的一种,它由多种化学物质组成。
在电镀过程中,将待镀金属作为阴极,将含有金属离子的电镀液作为阳极,通过外加电流的作用,金属离子会在阴极表面还原,形成金属镀层。
化学镀液中的成分和浓度是决定镀层质量的关键因素之一。
常见的电镀液成分包括金属盐、酸、络合剂和缓冲剂等。
金属盐提供金属离子,酸调节液中的pH值,络合剂能够与金属离子形成络合物,增加镀层的光亮度和均匀度,缓冲剂能够稳定液体的pH值,提高镀液的稳定性。
在电镀过程中,操作条件的控制也非常重要。
电镀液的温度、搅拌速度和电流密度等因素都会影响镀层的质量。
温度过高或过低都会导致镀层的性能下降,搅拌速度过快会引起气泡的产生,影响镀层的光洁度,而电流密度过大会导致镀层厚度不均匀。
除了以上的因素,镀层前的预处理也是非常重要的。
通常会对金属表面进行清洗、脱脂、酸洗等处理,以去除表面的杂质和氧化层,保证镀层与基材的结合力。
化学镀液技术的应用范围非常广泛。
在电子领域,它常用于制造电子元器件,如印制电路板、连接器等。
在汽车行业,它可以用于改善汽车零部件的耐腐蚀性和外观质量。
在航空航天领域,化学镀液被广泛应用于制造飞机零部件,以提高其耐蚀性和抗疲劳性能。
化学镀液技术的发展已经取得了很大的进展,但仍然面临一些挑战。
例如,一些电镀液中使用的物质对环境和人体健康具有潜在的危害,因此需要合理管理和处理废液。
此外,随着新材料和新工艺的不断涌现,化学镀液技术也需要不断创新和改进,以满足不断变化的需求。
化学镀液是一种重要的技术,具有广泛的应用前景。
随着科学技术的不断发展,化学镀液技术将继续进步,为各个行业提供更高质量的金属镀层。
我们相信,通过不断的研究和创新,化学镀液技术将为人类创造更美好的未来。
电镀镍液及镀层性能分析班级:10化工1班姓名:陈友健学号:1015050031 理论基础1.1 镀镍液的分散能力的测试原理1.2镀镍液的覆盖能力的测试原理1.3 库仑测镀层厚度原理1.4 显微硬度的测试原理1.5 孔隙率的测试原理1.6 盐雾试验测耐蚀性原理]1.7耐磨性测试原理2 实验结果及分析2.1 镀液的分散能力2.2镀液的覆盖能力2.3镀层厚度及镀速2.4 显微硬度2.5 孔隙率2.6耐蚀性2.7耐磨性3 结论1、理论基础镍是一种带微黄的银白色金属,具有良好的导电性能和导热性能。
基本物理特性:密度:8.9 g/cm3;原子量:58.70 熔点:1452 ℃电极电位为: φ0 Ni2+=-0.250 V电化当量:Ni2+= 1.095 g/(A·h)基本化学特性:镍在有机酸中很稳定,在硫酸、盐酸中溶解很慢,在浓硝酸中处于钝化状态,但在稀硝酸中则不稳定。
镍在空气中或在潮湿空气中比铁稳定,在空气中形成透明的钝化膜而不再继续氧化,耐蚀性好。
对钢铁基体来说,由于镍的标准电极电势比铁正,钝化后电势更正,镍镀层是阴极镀层。
镍镀层孔隙率较高,只有当镀层厚度超过25μm时,才是无孔的,所以,一般不单独作为钢铁的防护性镀层,而是作为防护装饰性镀层体系的中间层和底层。
在工程领域里,也有镀50μm以上的厚镍层来防止钢铁件的腐蚀或用来修复被磨蚀的零部件。
在电镀中,由于镍镀层具有很多优异性能,其加工量仅次于锌镀层而居第二位,其消耗量约占镍总产量的10%左右镀镍的类型很多。
若以镀液种类来分,有硫酸盐、硫酸盐一氯化物、全氯化物、氨磺酸盐、柠檬酸盐、焦磷酸盐和氟硼性盐等镀镍。
由于镍在电化学反应中的交换电流密度(i0)比较小,在单盐镀液中,就有较大的电化学极化。
以镀层外观来分,有无光泽镍(暗镍)、半光亮镍、全光亮镍、缎面镍、黑镍等。
以镀层功能来分,有保护性镍、装饰性镍、耐磨性镍、电铸(低应力)镍、高应力镍、镍封等。
第三章电镀溶液与镀液性能3.1 镀液的组成与类型3.1.1 镀液的类型图3-1 电解液分类3.1.2 镀液的组成图3-2 电解液中各种物质的关系3.2 影响镀层质量的因素3.2.1 镀液的组成及性能的影响镀液配方千差万别,但一般都是由主盐、导电盐(又称为支持电解质)、络合剂和一些添加剂等组成。
主盐:是指进行沉积的金属离子盐,主盐对镀层的影响体现在:主盐浓度高,镀层较粗糙,但允许的电流密度大;主盐浓度低,允许通过的电流密度小,影响沉积速度。
一般电镀过程要求在高的浓度下进行,考虑到溶解度等因素,常用的主盐是硫酸盐和氯化物。
影响镀层的质量因素主要有镀液的组成及性能、电镀工艺、阳极等因素的影响,其中电镀工艺中又包括如电流密度、温度、pH值、溶液的搅拌等。
导电盐(支持电解质):作用是增加电镀液的导电能力,调节溶液的pH 值,提高镀液的分散能力。
外来离子的加入使溶液离子强度增加,主盐离子活度降低,增大极化。
络合剂:作用是提高金属离子的阴极极化,有利于得到细致、紧密、质量好的镀层,但成本较高。
对于Zn ,Cu ,Cd ,Ag ,Au 等的电镀,常见的络合剂是氰化物;但对于Ni ,Co ,Fe 等金属的电镀因这些元素的水合离子电沉积时极化较大,因而可不必添加络合剂。
游离酸度:在简单盐电解液中,常含有与主盐相对应的游离酸,主要作用为:强酸性电解液(含大量游离酸):a 、提高溶液的电导率,降低槽电压;b 、在一定程度上提高阴极极化,获得较细致的镀层;c 、防止主盐水解生成沉淀,从而影响镀层质量。
弱酸性电镀液(含少量游离酸):a 、防止水解;b 、一般在负电位下沉积(如:硫酸盐电镀锌、镍),易析氢,常需加入缓冲剂,保持pH 值稳定。
氟硼酸盐、硼酸、醋酸钠添加剂:在镀液中不能改变溶液性质,但却能显著地改善镀层的性能。
添加剂对镀层的影响体现在添加剂能吸附于电极表面,可改变电极-溶液界面双电层的结构。
有效增加阴极极化(特性吸附有一定的电位范围)。
第三章电镀溶液与镀液性能3.1 镀液的组成与类型3.1.1 镀液的类型图3-1 电解液分类3.1.2 镀液的组成图3-2 电解液中各种物质的关系3.2 影响镀层质量的因素3.2.1 镀液的组成及性能的影响镀液配方千差万别,但一般都是由主盐、导电盐(又称为支持电解质)、络合剂和一些添加剂等组成。
主盐:是指进行沉积的金属离子盐,主盐对镀层的影响体现在:主盐浓度高,镀层较粗糙,但允许的电流密度大;主盐浓度低,允许通过的电流密度小,影响沉积速度。
一般电镀过程要求在高的浓度下进行,考虑到溶解度等因素,常用的主盐是硫酸盐和氯化物。
影响镀层的质量因素主要有镀液的组成及性能、电镀工艺、阳极等因素的影响,其中电镀工艺中又包括如电流密度、温度、pH值、溶液的搅拌等。
导电盐(支持电解质):作用是增加电镀液的导电能力,调节溶液的pH 值,提高镀液的分散能力。
外来离子的加入使溶液离子强度增加,主盐离子活度降低,增大极化。
络合剂:作用是提高金属离子的阴极极化,有利于得到细致、紧密、质量好的镀层,但成本较高。
对于Zn ,Cu ,Cd ,Ag ,Au 等的电镀,常见的络合剂是氰化物;但对于Ni ,Co ,Fe 等金属的电镀因这些元素的水合离子电沉积时极化较大,因而可不必添加络合剂。
游离酸度:在简单盐电解液中,常含有与主盐相对应的游离酸,主要作用为:强酸性电解液(含大量游离酸):a 、提高溶液的电导率,降低槽电压;b 、在一定程度上提高阴极极化,获得较细致的镀层;c 、防止主盐水解生成沉淀,从而影响镀层质量。
弱酸性电镀液(含少量游离酸):a 、防止水解;b 、一般在负电位下沉积(如:硫酸盐电镀锌、镍),易析氢,常需加入缓冲剂,保持pH 值稳定。
氟硼酸盐、硼酸、醋酸钠添加剂:在镀液中不能改变溶液性质,但却能显著地改善镀层的性能。
添加剂对镀层的影响体现在添加剂能吸附于电极表面,可改变电极-溶液界面双电层的结构。
有效增加阴极极化(特性吸附有一定的电位范围)。
添加剂的选择是经验性的,添加剂可以是无机物或有机物,通常指的添加剂有光亮剂、整平剂、润湿剂和活化剂等。
例如:对于Zn ,Ni 和Cu 等的电镀,最有效的光亮剂是含硫化合物,如糖精、明胶、1,4-丁炔二醇等。
采用有机添加剂改善沉积层质量的优点:量小,成本低,对电解液影响小,废水容易处理。
缺点:夹杂在沉积层中,使沉积层的脆性增大。
各添加剂作用:光亮剂——可提高镀层的光亮度。
晶粒细化剂——能改变镀层的结晶状况,细化晶粒,使镀层致密。
例如锌酸盐镀锌液中,添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂,镀层就可从海绵状变为致密而光亮。
整平剂——可改善镀液微观分散能力,使基体显微粗糙表面变平整。
润湿剂——可以降低金属与溶液的界面张力,使镀层与基体更好地附着,减少针孔。
应力消除剂——可降低镀层应力。
镀层硬化剂——可提高镀层硬度。
掩蔽剂——可消除微量杂质的影响。
为什么加入表面化活性剂后提高了阴极极化?封闭效应穿透效应如果认为电极表面局部被表面活性物质覆盖,则金属离子在此表面上的放电速度相当低,与未覆盖部分的反应速度相比可以忽略不计。
而因添加剂的阻化作用就表现为减小了进行反应的电极表面,即对一部分电极表面起了封闭作用,所以使阴极极化增加,添加剂没有改变界面反应的历程,这种阻化作用称为封闭效应。
封闭效应:如果认为电极表面完全被表面活性剂覆盖,金属离子到达电极表面,必须穿过这个吸附层,而吸附层的能垒又相当高,致使金属离子越过能垒放电发生更大的困难,此时电极反应速度受吸附层控制,所以出现了数值很小的极限电流。
这种吸附层对电极反应的阻化作用称为穿透效应。
穿透效应:图3-3 表面活性剂物质对阴极极化的影响1-0.125MSnSO 4溶液;2-加0.005M 二苯胺;3-10g/L 甲酚磺酸+1g/L 明胶;4-0.05M α萘酚;5-1g/L 明胶+0.005M α萘酚添加剂的影响D k μA /c m 23.2.2 电镀生产工艺因素的影响电镀工艺因素包括电流密度、温度、pH 值、溶液的搅拌等。
电流密度:对镀层的影响主要体现在:电流密度大,镀同样厚度的镀层所需时间短,可提高生产效率。
同时,电流密度大,形成的晶核数增加,镀层结晶细而紧密,从而增加镀层的硬度、内应力和脆性。
但电流密度太大会出现枝状晶体和针孔等。
电流密度的适用范围与电解液性质有关,浓度增加,温度升高,pH 值下降的情况下,可提高电流的上限范围。
电解液温度:升高温度会降低阴极极化,形成粗晶的镀层。
原因:(1)提高离子扩散速度,减小浓差极化;(2)放电离子活化能增加,降低电化学极化。
电解液的搅拌:降低扩散层厚度,提高电流的上限。
另外还可影响合金镀层成分。
电流波形的影响:不同电流波形对镀层质量有影响。
连续波形:平滑直流电、单相全波、三相全波等不连续波形:单相半波等还有脉冲电流和换向电流等的使用对镀层也有一定的影响。
3.2.3 阳极的影响电镀时阳极对镀层质量亦有影响。
电镀中阳极的选择应是与阴极沉积物种相同,镀液中的电解质应选择不使阳极发生钝化的物质,电镀过程中可调节电流密度保持阳极在活化区域。
如果某些阳极能发生剧烈钝化,则可用惰件阳极。
3.3 电解液的分散能力和覆盖能力分散能力(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,镀铬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。
3.3.1 电流在阴极上的分布图3-4根据欧姆定律:近阴极的电流I 1=远阴极的电流I 2=11R R V 极化电液+22R R V极化电液+112221极化电液极化电液R R R R I I ++=V I R=决定电流在阴极上分布的主要因素是电流达到阴极的总阻力,包括电解液的欧姆电阻和电极与电解液界面上的极化电阻。
¾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)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。
1221电液电液R R I I =K L L S L S L R R I I ====12121221//ρρ电液电液¾二次电流分布(实际电流分布)在阴极极化存在时的电流分布称为二次电流分布。
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。
112221极化电液极化电液R R R R I I ++=实际电流分布公式: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=VI 1R 1 -Φk1 = I 2R 2 -Φk2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;Φk1和Φk2近阴极和远阴极的电极电位。
I 1R 1= Φk1 -Φk2+ I 2R 2222K A 111K A R I R I V +ϕ−ϕ=+ϕ−ϕ=D··2121ΔΔ−ΔΔΔ=−ϕϕϕϕ)=(D D D D k k 把此式和R=ρL/S 代入I 1R 1 = Φk1 -Φk2 + I 2R 2得:因I/S=D ,设L 2=L 1+ΔL整理得:122112I (D D )I D L SL S Δϕ=−×+ρΔρ11221I D L 11I D L DΔ==+Δϕ+•ρΔ111222D L (D D )D L D Δϕρ=−×+ρΔ111221D L (D D )D L L DΔϕρ=−×+ρ+ΔΔ()因为电阻率的倒数就是电导率1κρ=所以11221I D L 1I D L DΔ==++•ρΔ112211I D L I D L k DϕΔ==+Δ+⋅Δ阴极极化度远阴极和近阴极与阳极之间的距离差近阴极和阳极之间的距离3.3.2 影响电流和金属在阴极表面分布的因素影响分散能力的因素几何因素电化学因素电解槽的形状ΔL (远阴极和近阴极与阳极的距离差)L 1 (极间距)零件在电解槽中的悬挂深度(阴极极化的绝对值)k影响电流分布DϕΔΔ图3-51)几何因素的影响电力线:电场作用下离子运动的轨迹称为电力线。
当电解槽和电极的形状和相对位置不同时,电力线分布不同。
¾影响电流在阴极表面分布的因素尖端和边缘处电力线密,边缘效应I 、电解槽形状的的影响两个电解槽宽度不同,其他条件都相同,金属在电极上的分布情况不同,槽I 比较均匀. 槽I I 存在边缘效应(边缘处电力线分布比较密)。
解决办法:将阳极和零件均匀挂满电解槽。
II 、远近阴极与阳极距离之差ΔL远近阴极与阳极距离之差造成电流分布不均匀。
解决办法:采用象形阳极,用辅助阴极。
1211i L i L DΔ=+Δϕ+κΔIII 、阴极与阳极间的距离L 1增大阴极和阳极之间的距离可以使分散能力得到改善。
但不能无限制增大,因电解槽尺寸有限,另外溶液电阻增加,电耗大。
一般为20-30cm 。
11221I D L 1I D L DΔ==+Δϕ+κ•ΔIV 、零件在电解槽中的悬挂深度的影响应尽可能使挂件占满整个电解液体深度,否则出现边缘效应而使镀层不均匀。
图3-9(由槽底算起)2)电化学因素的影响I 、极化率Δφ/ΔD要使零件得到厚度均匀的镀层,最主要的途径是采用具有较高极化率的电解液。
II 、电解液的电导率k电镀时在电解液中往往加入碱金属盐类或铵盐,以提高电解液的导电性能。
11221I D L 1I D L DΔ==+Δϕ+κ•Δ当电流在阴极表面上的分布确定之后,影响金属分布的惟一因素就是电流效率。
影响金属分布3.3.3 金属在阴极上的分布当远近阴极的面积相等时,金属镀层在电极上的分布就是在远近阴极上厚度之比。
111222111222//d K D t d K D t M D M D ηηηηρ===ρM 1、d 1、D1、η1---近阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。
M 2、d 2、D2、η2---远阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。
K 、ρ---金属镀层的电化当量和密度。