电镀基本原理及应用

电镀液的分散能力 分散能力：溶液的分散能力是评定镀层或电流在阴极表面的分布情况。 1.电镀液的分散能力：主要是由阴极表面上电流分布的均匀性决定的。 2.电流分布的影响因素：电化学因素，由电解液的特性决定。 几何因素，包括电极和电镀槽的尺寸及形状， 阴极和阳极间的距离以及相对排列和分布等。 Electron 3.常用分散能力表示方法 flow T=K-M×100% K T：分散能力 K：远近阴极与阳极间的距离比(K是人为确定的，常用的中K=2或K=5) M：近，远阴极上所得的镀层质量之比，M=M1/M2
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电镀液覆盖能力的测定 • 电镀液的覆盖能力 表征镀层在镀件的深凹部位或内孔部位能否镀 上镀层的能力 • 影响因素 1.基体金属本性的影响 2.基体金属组织均匀程度的影响 3.基体金属表面关态的影响 测定方法 1.直角阴极法 2.内孔法 3.凹穴法 4.平行阴极法
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电镀Hull Cell试验 • 电镀过程中，电流的初次分布取决于溶液的电阻，溶液的电阻与阴 极之间的距离成正比。Hull Cell槽就是利用电流密在远，近阴极上 分布不同的原理，设计一种 平面阴极和平面阳极构成一定斜度的小 型电镀试验槽。 • • • • • • Hull Cell槽用途 1. 1.确定电镀工艺的电流密度范围 。 2.维护和调整镀液 3.电镀工艺的研究 4.测量镀液的分散能力 5.测量镀液的整平能力
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电镀液分散能力的测定 一.电镀液分散能力 表征镀层厚度分布的均匀性，用“分散能力”这一术语，其含义是 “电 镀液所具有的使镀件表面镀层厚度均匀分布的能力”。 二.电极在阴极表面的分布情况 (一)电流通过电镀槽时遇到的阻力 1.金属电极和导线的欧姆电阻(Rd)。 2.电解液本身的溶液欧姆电阻(Rr). 3.当电流通过电极和溶液的两相界面时也有一定的阻力，这个阻力是由于电化学反应 过程或离子放电过程的迟缓引起的电化学极化和浓差极化所造成的，称之为极化电 阻(Rj)。 (二)电流在电极表面的分布 1.电流的初次分布 假设极化电阴不存在，Rj=0，只讨论溶液欧姆电阻(Rr)对阴极电 流分布的影响，我们把该情况下的电流分布称之为电流的初次分布。 2.电流的二次分布 在电镀过程中，阴极极化是一定存在的，也就是说极化电阻Rj必 然要影响电流在阴极上的分布，此时的电流分布称之为电流的二次分布或称为电流 的实际分布。 电解液的分散能力就用电流的二次分布与初次分布的相结偏差来表示。 分散能力表达式：T= K-(I1/I2) ×100% K
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金属电沉积的基本理论
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PLATING TANK
金属电沉积的基本理论 • 电沉积是一种电化学过程，也是氧化还原过程。电沉积时，将金属 部件作为阴极，所镀金属或合金作为阳极，分析挂于铜或黄铜的极 杠上，并浸入含有镀层成分析电解液中，通入直流电，就可以在阴 极上得到沉积层。 • 金属的电沉积过程实际上是金属或其络合离子有阴极上还原成金属 的过程。 • 金属的电沉积过程包括以下三个步骤： 1.传质过程：放电金属离子或金属络离子从电解中，通过扩散，对 流，电迁移等步 骤，不断输送至电极表面。 2.电化学过程：金属离子或金属络合离子脱水，并吸附在阴表面上 放电，还原成金属原子的过程。 3.结晶过程：金属原子在阴极上排列，形成一定形式的金属晶体。
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电镀液阴极电流效率的测定 一.电镀液的阴极电流效率 电镀过程中通镀槽的电量，除用来金属离子放电生成金属镀层外， 还有部分消耗在氢离子的放电和其它副反应上，所谓阴极电流效 率，是指流过镀槽的总电量与沉积金属所用的电量百分比。 ηC=Q1 ×100% Q 二.阴极电流效率的测定 1.库仑法测量阴极电流效率 2.安时法测量阴极电流效率
电极的极化 • 在电极上有电流通过时，其电极电位将发生变化，就会偏离其平衡 电位值，这种现象称为电极的极化。 • 阴极极化：在有电流通过时，阴极的电极电位向负的方向偏移的现 象。 • 阳极极化：在有电流通过时，阳极的电极电位向正方向偏移的现象。 极化的分类 1.电化学极化 又称活化极化。它是由于电极过程中电化学反应受到阻 滞而引起的极化，也可以说是由于电化学反应速度小于电子运动速 度而引起的极化。 2.浓差极化 由于反应物或反应物在溶液中的扩散过程中受到阻滞而 引起的极化，也可以说是由于溶液中的物质扩散速度小于电化学反 应速度而引起的极化， 3.简单金属离子还原时的极化 简单金属离子在阴极上还原产生的极 化。 4.金属络离子还原时的极化 在络合物电解液中，沉积金属以络离子 状态存在。虽然络离子具有相当的稳定性，但总有一部分电离的， 而且能建立电离平衡。
沉积电位和过电位 • 沉积电位：金属和其它物质在阴极上开始析出的电位，就叫析出电 位。析出电位值与平衡电位和过电位的数值有关。 • E析=E平+∆E • 过电位：在一定的电流密度下，电极电位偏离其平衡电位的数值， 就叫该电极在该电流密度下过电位(η )。过电位的大小反应映了该 电极极化作用的大小，阳极极化时，过电位为正；阴极极化时，其 过电位为负。 • 过电位表示如下η= E析- E平
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电镀液整平能力的测定 • 镀液的整平能力是指在微观不平的基体表面，在电镀时 镀层基体凹 处比凸处沉积更厚的能力。
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极化曲线和极化度 极化曲线：表示电极电位(V)随电流密度(D) 而改变的关系曲线，称为极化曲线。 从曲线上可以看出，随着阴极电流密度(Dk) 逐渐增大，阴极电位也在不断增大。测定极 化曲线是研究各种因素对电镀过程影响的重 要方法。
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极化度是指电极电位随电流密度的变化率，也就是极化曲线上某一点的切 线的斜率。通过提高极化度，来提高电镀的分散能力和覆盖能力。
电镀基本原理及应用
Training Program
2006
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大纲
• 电镀基本理论 • 电镀液性能的测试技术
电镀基本理论
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法拉第定律和电流效率 电极电位 电极的极化 沉积电位和过电位 极化曲线和极化度 电镀液的分散能力
法拉第定律和电流效率 • 金属电沉积通常称为电镀。 • 金属电沉积的理论基础是法拉第定律，也称为电解定律。该定律指 出：电解时在电砐上析出或溶解物质的质量与通过的溶液的电量(Q) 成正比。也可表示为电解时在电极上析出或溶解物质的质与通过溶 液的电量及该物质的量(M/z)的乘积成正比。 • W=QM/zF Q：通过溶液的电量 M：物质的相对原子质量或相对分子质量 z： 得失电子数 F：法拉第常数，即在溶解的过程中，每通过95600C的电量，同时在 电极上析出或溶解物质一个(mol/z)量。 q：q=M/zF，电化当量，当电解时第通过单位电量所析出物质的量， 其单位是g/C或g/A.H)
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电镀液分散能力的测定 • I1=Rr2+Rj2 I2 Rr1+Rj1 (三)影响分散能力的主要因素 1.镀件几何形状 2.阴极和阳极之间距离 3.阴极极化和极化度的影响 4.溶液电阻的影响 5.阴极电流效率的影响 • 测定 1. 远近阴极法 远近阴极法也称之为哈林槽或 称重法。 2. Hull Cell法
电镀液性能的测试技术
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1.电镀液的pH值的测定 2.电镀液阴极电流效率的测定 3.电镀液分散能力的测定 4.电镀液覆盖能力的测定 5.电镀Hull Cell试验 6.电镀液整平能力的测定
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电镀液的pH值的测定 一.用pH试纸测pH值 pH试纸是用滤纸浸泡在几种酸碱指示剂的混合液中，取出后经 晾干而制成。在不同的酸性或碱性溶液中会显示不同的颜色。 二.pH计法测pH值 pH也称酸度计，仪器的基本原理相当一台电位测量仪，采用玻 璃电极为测量电极，甘汞电极为参比电极，测量两电极在溶液中的 电位差，溶液中氢离子的浓度不同，则玻璃电极有不同的电位，经 过信号的转换处理，把测的电位值显示为pH值。
电极电位 • 金属与电解液界面形成的电位差，叫做金属的电极电位。 • 电极电位的绝对值是无法测定的。 • 金属电极电位的数值是以氢的标准电极电位为零相比较测得的。 一：标准电极电位 当温度为25度，金属离子的浓度为1mol/l时，测得 的平衡电位称为标准电极电位。 二：平衡电极电位 当金属浸在有该金属盐的电解液中时，与其离子之 间的电荷交换达到平衡时所具有的电极电位，叫做平衡电极电位。
法拉第定律和电流效率 • 电流效率：在电镀过程中，通过电流的有效利用率。 • 电流效率ηk=Q×100%/Qo Q：在电极上析出物质所需要的电量。 Qo ：通过电镀槽的总电量。 电镀的时间及厚度以及电流效率，金属的电化当量可表为下式。 • t= § * r * 1000 D k * K * ηK • §： 镀锌层厚度 • r： 金属的密度 • Dk：阴极电流密度 • ηK：电流效率 • K： 金属的电化当量