第三章 电镀溶液与镀液性能

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 2

3.2.2 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。