第三章电镀溶液与镀液性能.pdf

1第三章第三章第三章第三章电镀溶液与镀液性能电镀溶液与镀液性能电镀溶液与镀液性能电镀溶液与镀液性能23.1 3.1 镀液的组成与类型镀液的组成与类型镀液的组成与类型镀液的组成与类型3.1.1 3.1.1 镀液的类型镀液的类型镀液的类型镀液的类型图图3-1 电解液分类电解液分类33.1.2 3.1.2 镀液的组成镀液的组成镀液的组成镀液的组成图图3-2 电解液中各种物质的关系电解液中各种物质的关系43.2 3.2 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 镀液的组成及性能的影响镀液的组成及性能的影响镀液的组成及性能的影响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)、络合剂主盐、导电盐(又称为支持电解质)、络合剂和和一些添加剂一些添加剂等组成。等组成。主盐：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。电流密度、温度、pH值、溶液的搅拌等。5导电盐导电盐(支持电解质支持电解质)：作用是增加电镀液的导电能力，调节溶液的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。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：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。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。6游离酸度：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：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）：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；、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；、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。、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）：弱酸性电镀液（含少量游离酸）：a、防止水解；、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、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。值稳定。氟硼酸盐、硼酸、醋酸钠氟硼酸盐、硼酸、醋酸钠7添加剂：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和和Cu等的电镀，最有效的光亮剂是含硫化合物，如糖精、明胶、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。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。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。8各添加剂作用：?光亮剂光亮剂可提高镀层的光亮度。可提高镀层的光亮度。?晶粒细化剂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。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。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。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。?应力消除剂应力消除剂可降低镀层应力。可降低镀层应力。?镀层硬化剂镀层硬化剂可提高镀层硬度。可提高镀层硬度。?掩蔽剂掩蔽剂可消除微量杂质的影响。可消除微量杂质的影响。9为什么加入表面化活性剂后提高了阴极极化？为什么加入表面化活性剂后提高了阴极极化？?封闭效应封闭效应?穿透效应穿透效应10?如果认为电极表面如果认为电极表面局部局部被表面活性物质被表面活性物质覆盖覆盖，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。，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。封闭效应封闭效应：11?如果认为电极表面如果认为电极表面完全完全被表面活性剂被表面活性剂覆盖覆盖，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。，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。穿透效应穿透效应：12图图3-3 表面活性剂物质对阴极极化的影响表面活性剂物质对阴极极化的影响10.125MSnSO4溶液；2加0.005M二苯胺；310g/L 甲酚磺酸1g/L 明胶；40.05M萘酚；5 1g/L 明胶0.005M 萘酚添加剂的影响添加剂的影响添加剂的影响添加剂的影响Dk A/cm2133.2.2 3.2.2 电镀生产工艺因素的影响电镀生产工艺因素的影响电镀生产工艺因素的影响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、电镀工艺因素包括电流密度、温度、pH值、溶液的搅拌等。值、溶液的搅拌等。电流密度：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，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。值下降的情况下，可提高电流的上限范围。14电解液温度：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：（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；（）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。）放电离子活化能增加，降低电化学极化。电解液的搅拌：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。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：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脉冲电流和和换向电流等换向电流等的使用对镀层也有一定的影响。的使用对镀层也有一定的影响。153.2.3 3.2.3 阳极的影响阳极的影响阳极的影响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。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。163.3 3.3 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（或称均镀能力）分散能力（或称均镀能力）分散能力（或称均镀能力）分散能力（或称均镀能力）:就是电解液能使零件表面镀就是电解液能使零件表面镀就是电解液能使零件表面镀就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力。层的厚度均匀分布的能力。层的厚度均匀分布的能力。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，电覆盖能力（或称深镀能力）：在一定的电解条件下，电覆盖能力（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。解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。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。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。173.3.1 3.3.1 电流在阴极上的分布电流在阴极上的分布电流在阴极上的分布电流在阴极上的分布图3-4根据欧姆定律：根据欧姆定律：近阴极的电流近阴极的电流 I1=远阴极的电流远阴极的电流 I2=11RRV极化电液+22RRV极化电液+112221极化电液极化电液RRRRII+=VIR=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。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。18?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极化极化 0初次分布时：因电解液的电阻初次分布时：因电解液的电阻R=L/S，由于远近阴极的面积，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。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RRII=KLLSLSLRRII=12121221/电液电液19?二次电流分布（实际电流分布）二次电流分布（实际电流分布）二次电流分布（实际电流分布）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极化极化1R极化极化2，因此，因此I1/I2更接近于更接近于1。说明在有阴极极化时的电流分布更均匀。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RRRRII+=20实际电流分布公式：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：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=VI1R1-k1=I2R2-k2式中：式中：I1和和I2近阴极和远阴极的电流；近阴极和远阴极的电流；R1和和R2近阴极和远阴极与阳极间电解液的电阻；近阴极和远阴极与阳极间电解液的电阻；k1和和k2近阴极和远阴极的电极电位。近阴极和远阴极的电极电位。I1R1=k1-k2+I2R2 222KA111KARIRIV21D2121=）（DDDDkk把此式和把此式和R=L/S代入代入I1R1=k1-k2+I2R2得：因得：因I/S=D，设，设L2=L1+L整理得：整理得：122112I(DD)IDLSLS=+11221IDL11IDLD=+111222D L(DD)D LD=+111221D L(DD)DLLD=+（）22因为电阻率的倒数就是电导率因为电阻率的倒数就是电导率1所以所以11221IDL11IDLD=+112211IDLIDLkD=+电解液的电导率电解液的电导率阴极极化度阴极极化度远阴极和近阴极与阳极之间的距离差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近阴极和阳极之间的距离233.3.2 3.3.2 影响电流和金属在阴极表面分布的因素影响电流和金属在阴极表面分布的因素影响电流和金属在阴极表面分布的因素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影响分散能力的因素几何因素几何因素电化学因素电化学因素电解槽的形状电解槽的形状L（远阴极和近阴极与阳极的距离差）（远阴极和近阴极与阳极的距离差）L1 1（极间距）（极间距）零件在电解槽中的悬挂深度零件在电解槽中的悬挂深度（阴极极化的绝对值）（阴极极化的绝对值）k k影响电流分布影响电流分布D24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。?影响电流在阴极表面分布的因素影响电流在阴极表面分布的因素影响电流在阴极表面分布的因素影响电流在阴极表面分布的因素尖端和边缘处电力线密，边缘效应尖端和边缘处电力线密，边缘效应25I、电解槽形状的的影响、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 比较均匀比较均匀.槽槽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。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。26II、远近阴极与阳极距离之差、远近阴极与阳极距离之差L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。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。1211iLiLD=+27III、阴极与阳极间的距离、阴极与阳极间的距离L1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。11221IDL1IDLD=+28IV、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。、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图3-9（由槽底算起）由槽底算起）292）电化学因素的影响）电化学因素的影响I、极化率、极化率/D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。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、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。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。11221IDL1IDLD=+30?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。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。影响金属分布影响金属分布313.3.3 3.3.3 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。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/dKD tdKD tMDMD=M1、d1、D1、1-近阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。近阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。M2、d2、D2、2-远阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。远阴极上的金属质量、厚度、电流密度和电流效率。K、-金属镀层的电化当量和密度。金属镀层的电化当量和密度。32图3-10根据电解液析出金属的电流效率与电流密度变化，有下列情况：在很宽的电流密度范围内，电流效率不随电流密度而变，此时电流效率对分散能力没有影响，即对金属的分布没有影响。电流效率随电流密度的增加而降低，此时金属的分布比电流的分布更均匀。电流效率随电流密度的增加而增加，此时金属在远近阴极上的分布比电流的分布更不均匀。根据电解液析出金属的电流效率与电流密度变化有下列情况：在很宽的电流密度范围内，电流效率不随电流密度而变，此时电流效率对分散能力没有影响，即对金属的分布没有影响。电流效率随电流密度的增加而降低，此时金属的分布比电流的分布更均匀。电流效率随电流密度的增加而增加，此时金属在远近阴极上的分布比电流的分布更不均匀。111222111222/dK D tdK D tMDMD=简单盐电解液简单盐电解液镀铬电解液镀铬电解液配合物电解液配合物电解液333.3.4 3.3.4 电解液的分散能力和覆盖能力测定电解液的分散能力和覆盖能力测定电解液的分散能力和覆盖能力测定电解液的分散能力和覆盖能力测定?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或几处二次电流分布的平均值来表示。通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差或几处二次电流分布的平均值来表示。KMT100%KM2=+式中式中:T 电解液分散能力（电解液分散能力（100+100%）M 金属分布（金属分布（M1/M2）K 初次电流分布初次电流分布34KMT100%KM2=+图3-11分散能力的测定方法：分散能力的测定方法：1、远近阴极法、远近阴极法35BDEAAAT100%3+=：X面镀层的厚度面镀层的厚度D=0.51A/dm2电镀电镀20minx图3-122、弯曲阴极法、弯曲阴极法36覆盖能力的影响因素覆盖能力的影响因素基体金属本性的影响基体金属本性的影响基体金属组织的影响基体金属组织的影响基体金属表面状态的影响基体金属表面状态的影响基体金属表面粗糙度的影响基体金属表面粗糙度的影响电流的分布电流的分布i极限极限i临界临界?覆盖能力：又称深镀能力，指金属能否覆盖全部受镀表面。覆盖能力：又称深镀能力，指金属能否覆盖全部受镀表面。覆盖能力：又称深镀能力，指金属能否覆盖全部受镀表面。覆盖能力：又称深镀能力，指金属能否覆盖全部受镀表面。37i临界临界：在电镀过程中要使阴极沉积出金属，阴极电位必须达到某一最小值，其对应的电流密度称为临界电流密度。：在电镀过程中要使阴极沉积出金属，阴极电位必须达到某一最小值，其对应的电流密度称为临界电流密度。i极限极限：电镀过程中，镀层不产生：电镀过程中，镀层不产生“烧焦烧焦”现象的最高电流密度值称为极限电流密度由于电流分布的不均匀性，在零件的深凹部位，实际电流密度可能远低于现象的最高电流密度值称为极限电流密度由于电流分布的不均匀性，在零件的深凹部位，实际电流密度可能远低于i临界临界，所以没有金属沉积出来。为使凹部也能镀上金属，必须提高阴极上的平均电流密度，而，所以没有金属沉积出来。为使凹部也能镀上金属，必须提高阴极上的平均电流密度，而i过大，超过过大，超过i极限极限时，会时，会“烧焦烧焦”。因此电解液的覆盖能力取决于电流分布及。因此电解液的覆盖能力取决于电流分布及i极限极限/i临界临界。i极限极限/i临界临界大，电解液的覆盖能力就好。大，电解液的覆盖能力就好。38析出电位：析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力。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：通常金属析出过电位与氢析出过电位相反。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：光滑、洁净有利于覆盖粗糙、油污不利于覆盖39覆盖能力的测定方法：覆盖能力的测定方法：覆盖能力的测定方法：覆盖能力的测定方法：1 1、直角阴极、直角阴极、直角阴极、直角阴极 法法法法25mm25mm25mm根据直角阴极被镀（覆盖）面积确定覆盖能力。根据直角阴极被镀（覆盖）面积确定覆盖能力。402 2、内孔法、内孔法、内孔法、内孔法413 3、凹穴法、凹穴法、凹穴法、凹穴法根据凹穴内镀满金属的个数确定覆盖能力，如根据凹穴内镀满金属的个数确定覆盖能力，如6个则为个则为60%。423.3.5 3.3.5 赫尔槽试验赫尔槽试验赫尔槽试验赫尔槽试验利用电流密度在远近阴极上分布不同的特点，赫尔（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。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。43?赫尔槽结构尺寸赫尔槽结构尺寸44槽子的容积到目前为止，已有槽子的容积到目前为止，已有267毫升、毫升、534毫升和毫升和1000毫升的三种。国内常用的是在毫升的三种。国内常用的是在267毫升的槽子中，装入毫升的槽子中，装入250毫升镀液，因为毫升镀液，因为250毫升等于毫升等于1/4升，这对计算每升镀液中所含物质的量比较方便。赫尔槽的材料，一般用有机玻璃，以氯仿为粘合剂制成。也有用硬塑料、硬橡皮和金属材料等制成。若用金属材料做赫尔槽，则必须注意槽子里面的绝缘。升，这对计算每升镀液中所含物质的量比较方便。赫尔槽的材料，一般用有机玻璃，以氯仿为粘合剂制成。也有用硬塑料、硬橡皮和金属材料等制成。若用金属材料做赫尔槽，则必须注意槽子里面的绝缘。赫尔槽示意图赫尔槽示意图赫尔槽电路示意图赫尔槽电路示意图45实验发现，在试片上与端点距离相同的不同高处，镀层的外观可能不同，这时可以选取中线偏上的各部位作为试验结果。外观的表示可用图的符号。实验发现，在试片上与端点距离相同的不同高处，镀层的外观可能不同，这时可以选取中线偏上的各部位作为试验结果。外观的表示可用图的符号。赫尔槽试验镀层状况的符号赫尔槽试验镀层状况的符号?赫尔槽实验结果的表示方法赫尔槽实验结果的表示方法46?赫尔槽的用途赫尔槽的用途1）观察不同电流密度的镀层外观；）观察不同电流密度的镀层外观；2）确定和研究电解液中各成分对镀层质量的影响；）确定和研究电解液中各成分对镀层质量的影响；3）选择合理的工艺条件，如）选择合理的工艺条件，如i、T、pH等；等；4）分析电镀故障产生的原因；）分析电镀故障产生的原因；5）测定电解液的性能，如分散能力、覆盖能力、整平性等。）测定电解液的性能，如分散能力、覆盖能力、整平性等。47?赫尔槽法测定分散能力赫尔槽法测定分散能力D=0.53A/dm2电镀电镀1015mini1T100%=i一般为一般为548?赫尔槽应用实例（赫尔槽应用实例（JZ-04高性能碱性无氰镀锌工艺镀液性能测试）高性能碱性无氰镀锌工艺镀液性能测试）镀液的组成和工艺操作条件镀液的组成和工艺操作条件49电流密度对赫尔槽试片的影响：电流密度对赫尔槽试片的影响：可看出，温度在可看出，温度在20时，总电流时，总电流0.2A，试片有，试片有2/3是光亮的，根据计算，电流密度自是光亮的，根据计算，电流密度自0.15A/dm2起镀层就能光亮，起镀层就能光亮，0.050.15 A/dm2 范围内是半光亮的；温度在范围内是半光亮的；温度在28时，总电流时，总电流3A，试片几乎全板光亮，根据计算，在镀液静止条件下，电流密度高达，试片几乎全板光亮，根据计算，在镀液静止条件下，电流密度高达15A/dm2时镀层也没有烧焦；温度在时镀层也没有烧焦；温度在28时，总电流时，总电流4A，根据计算，镀液在搅动条件下，电流密度高达，根据计算，镀液在搅动条件下，电流密度高达20A/dm2 时镀层也没有烧焦。由此可以看出，该工艺的电流密度范围是非常宽的，要高于氰化镀锌工艺。时镀层也没有烧焦。由此可以看出，该工艺的电流密度范围是非常宽的，要高于氰化镀锌工艺。50温度对赫尔槽试片的影响：试验的配方不变，随着温度的升高，电流密度也相应提高，镀层仍是光亮的。温度温度对赫尔槽试片的影响：试验的配方不变，随着温度的升高，电流密度也相应提高，镀层仍是光亮的。温度50、总电流、总电流3A时，在镀液静止的条件下，试片高电流端约有时，在镀液静止的条件下，试片高电流端约有10mm烧焦，低端约有烧焦，低端约有8mm半光亮，其余都是光亮的。温度提高到半光亮，其余都是光亮的。温度提高到55时，总电流仍是时，总电流仍是3A，高端仍有，高端仍有10mm烧焦，低端约有烧焦，低端约有16mm呈灰色，其余都是光亮的。可见该镀液有较好的高温性能。呈灰色，其余都是光亮的。可见该镀液有较好的高温性能。513.4 3.4 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：是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。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。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。，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：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；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。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。52注意：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，是微观分散能力例如镀液的整平能力是指在微观轮廓表面上的沉积分布情况，是微观分散能力例如?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53三类整平三类整平几何整平几何整平负整平负整平正整平正整平54电流：电流：谷峰II=镀层厚度：镀层厚度：谷峰hh=1)自然整平（几何整平）；自然整平（几何整平）；若微观表面扩散层电流分布均匀，即峰和谷处的沉积速度相同，则呈现为几何整平。若微观表面扩散层电流分布均匀，即峰和谷处的沉积速度相同，则呈现为几何整平。552)负整平负整平电流：镀层厚度：电流：镀层厚度：谷峰hh 谷峰II金属沉积时，在阴极表面上微观峰上的沉积速度若大于微观谷处的沉积速度，则表现为负整平效应。金属沉积时，在阴极表面上微观峰上的沉积速度若大于微观谷处的沉积速度，则表现为负整平效应。563)正整平（加入整平剂）；正整平（加入整平剂）；镀层厚度：电流：镀层厚度：电流：谷峰II谷峰hh金属沉积时，在阴极表面上微观谷处的沉积速度若大于微观峰上的沉积速度，则表现为正整平效应。金属沉积时，在阴极表面上微观谷处的沉积速度若大于微观峰上的沉积速度，则表现为正整平效应。57216131D62.1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动力粘度（粘度/密度）旋转角速度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（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（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）58图3-13