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镍铁合金镀液的性能:整平能力

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-20  浏览次数:872

   整平能力是指镀液在微观轮廓范围内使基体金属表面的粗糙度降低的能力。

微观轮廓是指有大约0.5mm深度或高度的粗糙度的轮廓(按照0.卡多氏定义)[31]。在微观轮廓上阴极沉积金属出现三种现象(见图1),即有三种不同的整平方式[32]。

图1三种不同的整平方式

   ①负整平 如图l (a),在微峰处镀层厚度大于微谷处厚度,即h>h1。负整平作用使表面的不平整性加剧。

   ②几何整平如图1 (b)在微谷处斜面上镀层厚度与阴极平面上镀层厚度相同,即h=h2,由于几何形状的缘故,使谷处底部的镀层厚度hl>h,微谷如果是钝角,这种整平作用不明显,是锐角,整平作用明显。

   ③正整平如图l (c),在阴极表面微凹谷内镀层厚度比微凸处镀层厚度大些,即h2>h,最终使基体表面粗糙度下降。

   (1)引起整平作用的因素

①溶液的极化作用。

   ②稳定剂,其缓冲能力可达到最佳整平能力。

③有机添加剂在阴极的吸附作用。

④少量Fe3+竟然使整平能力得到改进[9]。

(2)扩散层的厚度对整平的作用

①宏观轮廓上,扩散层如图2(a)所示,扩散边界层能紧接着阴极表面的围线,对于所有点,扩散层厚度相同,导致在宏观范围内无整平作用。

   ②微观轮廓上,如图2(b)所示,扩散边界不能紧接着表面形成,而是平行地在某个距离上形成。扩散层的厚度在谷部比在峰部要大,导致微观的整平作用。   

   (3)研究整平能力的方法

①卡多氏法[31];   

②赫尔槽试片法 小西三郎采用的[33];

   ③假正弦微观轮廓法 克服形状敏感吸附,微观轮廓内,各点曲率相同。

   (4)假正弦波法测定整平能力[32]

①B型镀液基本配方及电镀条件硫酸镍l50g/L,硫酸亚铁15g/L,氯化镍50g/L,酒石酸钾钠l8g/L,硼酸45g/L,乳糖4g/L,十二烷基硫酸钠0.05g/L,光亮剂8-1、B-2,温度60℃,电流密度2A/dm2。

   各次实验中光亮剂添加量:l#均未加,2#为Bl 5mL/L,3#为B22mL/L,4#为B-l 5mL/L、B-2 2mL/L,5#阴极移动,B-l 5mL/L,B-2 2mL/L,6#机械搅拌,B-l 5mL/L,B-2 2mL/L。

   ②样柱制备 把直径Φ0.2mm去掉表面漆膜和氧化皮的铜线紧密绕在打磨成镜面光亮的铜样柱上,见图3和图4。

            

图3绕过铜丝未镀的试样           图4未绕铜丝试样

   ③样柱镀三层镍铁合金 将样柱电镀三层镍铁合金,每层镀30min,各镍铁合金镀层之间,镀几分钟薄铜层造成明显分界线,以便测厚度。电镀后将试样放入铜套管中,以锡封闭,纵向剖开,研磨腐蚀,进行金相检查。

   ④整平能力测量结果 电镀时假正弦轮廓的变化见图5。

图5电镀时假正弦轮廓的变化

s0-原始假正弦波;a0-镀前假正弦波振幅,相应的峰和谷处的镀层厚度都为零;sl,船,曲一分别经过电镀时间tl,t2和t3后的假正弦波;al,a2,a3-分别为sl,s2,s3假正弦波振幅相应的减少量;dl,d2,d3-谷处的镀层厚度;C1,C2,C3一峰处镀层厚度

测得的a、c、d值列于表l

           表1整平能力测量数据               /mm

试验号

a值

c值

d值

 

N0.l

 

ao 0.110

a1 0.086

a2 0.072

a3 0.059

C1 0.022

C2  0.041

C3  0.060

d1 0.031

d2 0.059

d3 0.107

 

N0.2

 

ao 0.093

a1 0.107

a2 0.071

a3 0.061

C1 0.015

C2 0.035

C3 0.052

d1 0.059

d2 0.090

d3 0.112

N0.3

 

 

a0 0.098

a1 0.073

a2 0.053

a4 0.043

C1 0.014

C2 0.028

C3  0.047

d1 0.031

d2 0.067

d3 0.112

N0.4

 

a0 0.097

a1 0.061

a2  0.050

a3  0.040

C1 0.011

C2 0.023

C3 0.036

d1 0.055

d2 0.075

d3 0.097

 

 

N0.5

 

a0  0.097

a1  0.041

a2  0.031

a3 0.026

C1 0.016

C2 0.017

C3 0.059

d1 0.114

d2 0.162

d3 0.J86

 

N0.6

 

 

a0  0.089

a1  0.052

a2  0.041

a3  0.032

 

C1  0.015

C2  0.032

c3 0.055

 

d1  0.062

d2 0.087

d3 0.121

  ⑤整平能力实验曲线 把表1中的a值对c值作图6评价整平能力实验曲线。由图l-16可见:曲线越靠近纵坐标,其整平能力越好。只单独添加B-1如曲线2或B-2光亮剂如曲线3,镀液的整平能力不佳,同时添加B-1、B-2两种光亮剂时,与糖精协同起到最好的整平效果,如曲线4,当采用阴极移动如曲线5或机械搅拌如曲线6时,整平能力优于静止镀液如曲线6。

图6评价整平能力的实验曲线

   (5)BNF镀液的整平能力

   ①实验方法 表1中配方4的BNF镍铁合金镀液的整平能力的实验方法为假正弦波法,镀5周期镍铁合金,以氰化镀铜作隔层,铜丝半径R=0.015mm。

   ②计算方法[34] 从假正弦波的显微照片上量出波峰处镀层的累计厚度S和相应的假正弦波的波弦a,作s-a关系曲线s=a,曲线与直线的交点在口轴上的投影坐标为口,整平能力计算式:式中。R-显露照片上的铜丝的半径,mm。

   ③电流密度对高铁镀液整平能力的影响 见图7[11]。由图7可见:pH一定时,整平能力随电流密度升高而增加,与OXY公司镀液相仿。

图7电流密度对高铁镀液整平能力的影响

   ④电流密度对低铁镀液的整平能力的影响 见图8[11]。由

图8 电流密度对低铁镀液整平能力的影响

图可见,在正常工作条件下,条件相同时,高铁镀液的整平能力比低铁镀液的整平能力好,与0XY公司镀液相仿。

   ⑤pH对高铁镀液整平能力的影响见图9。由图可见,溶液pH值对整平能力的影响不大,pH值3~4,整平能力稍有升高。

图9 pH对高铁镀液整平能力的影响

      Dk=3A/dm2

   能力的影响

⑥pH对低铁镀液整平能力的影响 见图l0。由图10可见:pH=2.5时整平能力不好,pH=3-4时整平能力相仿。

图10 pH对低铁镀液整平

⑦不同条件下BNF镍铁合金镀液的整平能力见表2。

表2不同条件下,BNF镍铁合金镀液的整平能力

   试验条件(温度60'C,阴极移动)

   a

   E

   高铁

   高铁

   高铁

   pH=3.0

   pH=3.0

   pH=3.0

 Dk=2A/dm2

 Dk=3A/dm2

 Dk=4A/dm2

   8

   8.9

   3

   2.84

   2.45

   9.25

   高铁

   高铁

   高铁

   pH=2.5

   pH=3.5

   pH=4.0

 Dk=3A/dm2

 Dk=3A/dm2

 Dk=3A/dm2

   10.1

   10.0

   10.0

   2.04

   2.07

   2.07

   低铁

   低铁

   低铁

   pH=3.0

   pH=3.0

   pH=3.0

 Dk=2A/dm2

 Dk=3A/dm2

 Dk=4A/dm2

   6.5

   9.6

   8.5

   3.73

   2.20

   2.62

   低铁

   低铁

   低铁

   pH=2.5

   pH=3.5

   pH=4.0

 Dk=3A/dm2

 Dk=3A/dm2

 Dk=3A/dm2

   18.5

   8.7

   8.7

   0.66

   2.53

   2.53

 OXY

低铁

   pH=3.4

   3A/din2

   9.2

   2.34

 公同

高铁

   pH=3.4

   3A/dm2

   6.0

   4.12

注:本试验中,R为显微照片上铜丝的半径75/µm。

(6)XNF镀液的整平能力

在表l的配方6中XNF镍铁合金镀液中XNF-1含量l~5mL/L之间,用唱片阴模微观型面测定整平能力见图11[13]。

图11 XNF-1浓度与整平能力的关系

由图l1可见:当XNF-1含量低于lmL/L,整平能力BC小于40%,镀层整平能力不高。从lmL/L增至2mL/L时,BC值提高近一倍。继续增加至5mL/L,BC值都保持在75%~80%之间。XNF-1的较好整平浓度为l.5~5mL/L。XNF-1有很好的整平能力,可能与它的分子结构所决定的吸附能力及扩散特性有关。四种镀液整平能力比较见表3所列。

表3 四种镀液整平能力比较

镀液

XNFE[13]

FNE[14]

791[4]

Niron无NaCl[l5]

Niron含NaCl[15]

BC/%

79.7

62.3

44.4

57.6

38.7

      参考文献

    9 Tremmel R A.Decrorative Nickel-Iron Coating,Part l.Plating and Sudace Finish-ing.1981,Vol 68,Nol:22~26

31 Kardos 0.Platin9,1974,V01.61 P 129、229、316

   32谢春福,赵桂芝,吴忠利。张凤珍.新型镍铁合金镀液的整平能力.兵工学报,

   1984,4:l3~16

   33水西三郎等.金属表面技术.1978,Vol 29 N0.1:6

   34黄子勋,吴纯素.电镀理论.北京:农业出版社,l982.168

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