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1、1,第3章 电镀液性能,3.1 概述 3.2 镀液的分散能力 3.3 镀液的覆盖能力 3.4 镀液的整平能力 3.5 电流效率,2,3.1 概述,镀液性能,镀液的分散能力,镀液的整平能力,镀液的覆盖能力,电流效率,3,3.2 镀液的分散能力,基本概念 电解液分散能力的数学表达式 影响电流和金属在阴极表面分布的因素 镀液分散能力的测定方法,4,、基本概念,是电解液使零件 表面镀层厚度均匀分布的能力。,分散能力（均镀能力）：,5,6,、电解液分散能力的数学表达式,远近阴极电解槽 1-近阴极;2-远阴极;3-阳极;4-绝缘隔板,并联,7,忽略,电 化 学 极 化,浓 差 极 化,8,9,(1)初次电
2、流分布(或一次电流分布),假设阴极极化不存在时的电流分布，此时R 极化 0。,初次电流分布：,10,11,(2)二次电流分布(或实际电流分布),二次电流分布：阴极极化存在时的电流分布,12,13,电解液的分散能力用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差来表示,当电流电流效率为100时，I1/I2与沉积金属的重量(Ml与M2)或厚度成正比，,(3)分散能力的数学表达式,14,电解液的电阻率,阴极极化度,实际电流分布与极化率、溶液电阻率、几何尺寸等的关系,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,15,16,、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
3、素,电解槽的形状,l （远阴极和近阴极与阳极的距离差）,l1 （极间距）,零件在电解槽中的悬挂深度,及阴极极化的绝对值,影响电流分布,17,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,18,电解槽中电力线分布示意图,19,在阴极的边缘和尖端电力线比较集中，也就是在边缘、棱角和尖端处，电流密度较大，这种现象称为边缘效应或尖端效应。,边缘效应或尖端效应：,20,1）电解槽的形状,金属在阴极上分布与电解槽尺寸的关系,（1）、几何因素,21,注意,要使电流分布均匀，应将阳极和零件均匀地挂满整个电解槽，而不应该将阳极和零件只挂在电解槽的中间或一边。,22,2）远
4、、近阴极与阳极距离之差(l ),电镀时的象形阳极,23,对于灯泡银碗之类反光聚光件，要求内部具有良好的反光聚焦功能。采用装饰镀铬时，有时要用铅合金制成与内部曲线接近的“象形阳极” ，内部才能套好铬。“象形”的目的也是为了减小L。,24,工件装挂方式,25,当镀管件或封底腔盒体，要求内部镀层良好时，则管件内部中间部位或腔盒体底角处的L非常大，分散能力特差，内部镀层难以合格。此时必须以棒或板作辅助阳极，如图所示。在管件内部，当辅助阳极棒居于圆心时，则内部各处到辅助阳极的 L几乎相等。可见，采用辅助阳极的实质就是要减小 L 。,26,辅助阳极,27,对于形状复杂的工件，采用辅助阳极来缩短工件低电流密
5、度区与阳极之间的距离，从而使低电流密度区的电流增大。,28,29,30,防止边缘效应采用辅助阴极或绝缘板,采用辅助阴极后电力线分布,31,辅助阴极：为了消除被镀制件上某些部位由于电力线过于集中而出现的毛刺和烧焦等毛病，在该部位附近另加某种形状的阴极，用以消耗部分电流，这种附加的阴极就是辅助阴极。也称屏蔽阴极 。,32,增大极间距时K值的变化,3）阴极和阳极间的距离(l1),33,单排电镀时，槽净宽不宜小于0.8 m。 另外，当镀槽不够宽时，不宜挂双排工件。 若要挂双排，槽净宽不宜小于l.2 m。,34,4）零件在电解槽中的悬挂深度,零件悬挂深度对镀层分布的影响,（由槽底算起）,35,注意,电镀
6、时要考虑零件悬挂的方向、位置，应尽可能使零件占满整个电解液深度。,36,5cm,15cm,37,1）极化率 /j 对电流分布的影响,（2）电化学因素的影响,不同斜率的极化曲线,jk,j1,j2,38,极化率影响分散能力,配位剂、添加剂,电流密度的上限,阴极极化的绝对值也影响分散能力,39,2）电解液的电阻率(),电解液的电阻率和极化率是相互影响的 增加电导的方法：添加导电盐、调节pH,40,金属镀层在阴极分布的影响因素,电流密度 电流效率,电化当量,电流效率,金属镀层的密度,j1,j2,j1,j2,41,电流效率与电流密度的关系曲线,简单盐电解液,镀铬电解液,配合物电解液,42,提高分散能力的
7、方法,配位剂、添加剂，以提高电解液的阴极极化度； 碱金属盐类或其他强电解质，以提高电解液的电导率； 尽可能加大极间距； 采用象形阳极、辅助阳极、辅助阴极或绝缘材料保护 主要被镀面对着阳极并与之平行 零件在电解槽中均匀排布,43,、镀液分散能力的测定方法,分散能力的测定方法,远近阴极法,弯曲阴极法,赫尔槽法,44,远近阴极法测定分散能力的镀槽,45,弯曲阴极法测定分散能力的装置,46,赫尔槽,47,测定分散能力的阴极试样,48,49,3.3 镀液的覆盖能力,是电解液使零件深凹处沉积金属镀层的能力。,覆盖能力（深镀能力）：,50,覆盖能力的影响因素,基体金属本性的影响,基体金属组织的影响,基体金属
8、表面状态的影响,基体金属表面粗糙度的影响,电流的分布,极限临界,51,临界电流密度：在电镀过程中要使阴极沉积出金属，阴极电势必须达到某一最小值，它所对应的电流密度称为临界电流密度。,52,镀铬电解液的覆盖能力最差，并且因基体金属的不同而不同：铜镍黄铜钢,53,改善覆盖能力的方法,冲击镀 中间镀层,54,55,注意,析氢过电位低的基体金属，金属就不容易析出，所以若基体金属组织不均匀或其表面含有降低氢过电位的金属杂质则此表面就可能没有镀层。 基体金属表面不洁部位沉积困难 基体金属表面粗糙度大沉积困难,56,注意,通常，分散能力好的镀液，其覆盖能力也好 但覆盖能力好的镀液，其分散能力不一定好,57,
9、覆盖能力的测定方法,直角阴极法,内孔法,凹穴法,58,直角阴极法测覆盖能力,59,内孔法实验装置图,镀入深度与孔径之比,60,凹穴法测覆盖能力,61,赫尔槽和特纳槽试验,赫尔槽,62,赫尔槽和特纳槽试验,特纳槽,63,3.4 镀液的整平能力,整平剂的概念 整平剂的特点 整平剂的作用机理 酸铜镀液的光亮剂,64,电解液所具有的能使镀层的微观轮廓比底层更平滑的能力。,电解液的整平作用：,65,微观轮廓指粗糙度小于0.5毫米的表面 宏观轮廓指复杂形状的零件表面,66,注意,镀液的分散能力是指在宏观轮廓表面上的沉积分布情况，是宏观分散能力 镀液的整平能力是指在微观轮廓表面上的沉积分布情况，是微观分散能
10、力,67,例如 硫酸盐镀铜溶液宏观分散能力差，但整平能力强，能填平基体表面的微观孔穴 氰化物镀铜宏观分散能力强，但整平能力差，不能填平基体表面的微观孔穴，甚至加深微观孔穴,68,添加剂的整平作用,整 平 剂 及 整 平 机 理,概 念,整平机理,扩散理论,记忆理论,半光亮及光亮镀镍,酸性光亮镀铜,69,三类整平,几何整平,负整平,正整平,70,影响整平能力的主要因素,整平剂 脉冲电流,71,1、整平剂的概念,能使金属电沉积的结果在微观粗糙度 表面上产生正整平作用的添加剂。,整平剂：,72,三种类型的整平作用,73,2、整平剂的特点,能强烈地阻化阴极过程，使阴极极化提高50120毫伏，而光亮剂只
11、能使阴极极化提高 1030毫伏 能夹杂在镀层中或在阴极上还原而被消耗 整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量,74,3、整平剂的作用机理,整平剂（极化剂、阻化剂）： 扩散理论光亮及半光亮镀镍的整平作用 去极化抑制剂（去极化剂、促进剂）： 记忆理论硫酸铜镀铜的整平作用,75,扩散理论光亮及半光亮镀镍的整平作用,76,77,峰,谷,78,整平剂,波峰处电流密度小；波谷处的电流密度大,波峰出沉积金属少，镀层薄；波谷处金属沉积多，镀层厚,79,旋转圆盘电极研究整平作用,扩散层的有效厚度,扩散系数,动力粘度,旋转角速度,80,81,几何整平：,负整平：随,i,与,无关,正整平：随,负整平：随,增加,增加,i,增加,减小,恒电势下,i,82,恒电位下,整平是添加剂的扩散控制所致,83,伏安溶出分析法评价整平能力,Cu,Cu,扫速一定，溶解峰面积与平均析出速度成正比,84,(2)记忆理论硫酸铜镀铜的整平作用,开始,其后,去极化抑制剂,85,86,根据记忆理论描绘的硫酸铜光亮镀铜的整平作用示意图,87,由记忆效应完成的整平过程 电镀时间： a-16 min， b-48 min， c-56 min,88,电解过程中阴极上实际析出的金属量与理论析出量之比的百分数。,3.5 电流效率,电流效率:,89,