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氯化物镀锌层表面粗糙度的影响因素及其控制

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-23  浏览次数:1402
核心提示:采用不合添加剂的氯化物镀液电沉积锌层,探讨了电流密度、镀液温度和镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响规律,并优选出最佳的工艺参数。
 

苗青林,张丽君

(河南科技学院,河南新乡453003)

摘要:采用不合添加剂的氯化物镀液电沉积锌层,探讨了电流密度、镀液温度和镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响规律,并优选出最佳的工艺参数。结果表明:在电流密度1 A/dm2,镀液温度50℃,镀液pH值5.5的条件下,所得镀层的表面粗糙度最低,约为1.267μm。

关键词:表面粗糙度;镀锌层;电流密度;镀液温度;镀液pH值

中图分类号:TQ 153 文献标识码:A 文章编号:1000-4742(2012)04-0007-03

0前言

镀锌层具有良好的装饰性和防护性,在仪器仪表、电子电器、机械和船舶等领域有着广阔的应用空间。镀层表面粗糙度不仅反映镀层外观质量的好坏,还直接影响镀层的性能。为了降低镀层表面粗糙度,同时提高镀层的形貌质量,学术界与表面工程业界开展了大量的研究工作[1-3]。

本文采用氯化物镀液电沉积锌层,研究了电流密度、镀液温度和镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响,并优选出最佳的工艺参数。

1 实验

1.1镀液组成及工艺条件

氯化锌50 g/L,氯化钾220 g/L,硼酸40 g/L,pH值4.5~6.5,1~9 A/dm2 ,40~60℃。

1.2实验方法

采用双电极体系,阳极为电解锌板,阴极为紫铜圆片(直径40 mm,厚度0.5 mm),S阴极:S阳极=2:1,阴阳极间距为20 mm。阴极前处理工艺流程:粗磨—→精磨—→弱碱性溶液中浸洗5 min—→弱酸性溶液中活化5 min—→超声波清洗—→真空干燥。电镀过程中,持续施加强力磁力搅拌,以加速反应物质的运输进程。待镀层厚度满足要求后,取出阴极,将镀层与基体剥离,镀层经冲洗、干燥后,测试其表面粗糙度及形貌。

2 结果与讨论

2.1电流密度对镀层表面粗糙度的影响

在镀液温度50℃,镀液pH值5的条件下,研究电流密度对镀层表面粗糙度的影响,实验结果,如图1所示。由图1可知:电流密度对镀层表面粗糙度有明显影响;随着电流密度由1 A/dm2提高至9 A/dm2,镀层表面粗糙度呈近似线性关系增大,由1.344 μm增至1.600 μm。不同电流密度下所得镀层的表面形貌和三维形貌,分别如图2和图3所示。由图2和图3可知:当电流密度为3 A/dm2时,析氢过电位低且沉积速率慢,电极反应所消耗掉的金属离子能及时得到补给,因而氢气的产生量小,镀层表面的针孔、积瘤等缺陷少,表面相对较平整;当电流密度为9 A/dm2时,尽管阴极过电位增大,有助于细化晶粒,但此时电极过程液相传质受限的可能性变大,出现少量氢气被晶粒包裹的情况[4],导致镀层表面形成针孔、积瘤等缺陷,造成镀层表面粗糙度增大。由此可知,要获得表面较平整的镀层,应采用低电流密度。

2.2镀液温度对镀层表面粗糙度的影响

 


 

在电流密度1A/dm2,镀液pH值5的条件下,研究镀液温度对镀层表面粗糙度的影响,实验结果,如图4所示。由图4可知:镀液温度对镀层表面粗糙度有一定影响;随着镀液温度从30℃升高至50℃,镀层表面粗糙度由1. 584 μm降至1.344μm。不同镀液温度下所得镀层的表面形貌,如图5所示。由图5可知:当镀液温度为30℃时,镀液的分散能力及离子活性差,沉积速率较慢,加之阴极电流效率低,故所得镀层表面灰暗且粗糙;当镀液温度为50℃时,传质效果改善,沉积速率加快,同时副反应发生的可能性降低[5],此时镀层较为平整。由此可知,提高镀液温度有利于获得平整的镀层。

 


 

2.3镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响

在电流密度1 A/dm2,镀液温度50℃的条件下,研究镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响,实验结果,如图6所示。由图6可知:随着镀液pH值的增大,镀层表面粗糙度呈先降低后升高的变化趋势。其原因为:镀液pH值较低时,H+容易在阴极表面放电析出,导致针孔、积瘤等缺陷形成的可能性提高,镀层表面凹凸不平;随着镀液pH值的增大,阴极电流效率提高,析氢反应所消耗掉的电量降低,因而镀层缺陷减少,表面状况改善;当镀液pH值增大到一定程度后,由于阴极周围H+的浓度降低,可能形成少量金属氢氧化物或碱式盐夹杂于镀层中,使得镀层的整平性降低。综上所述,在电流密度1 A/dm2,镀液温度50℃,镀液pH值5.5的条件下,所得镀锌层的表面粗糙度最低,为1.267μm,其表面形貌,如图7所示。由图7可知:镀层表面较光亮、平整。

 


 

3结论

(1)采用不含添加剂的氯化物镀液,在电流密度1 A/dm2,镀液温度50℃,镀液pH值5.5的条件下,所制得的镀锌层较光亮、平整。

(2)其他工艺参数恒定时,镀层表面粗糙度随电流密度的增加而增大,随镀液温度的升高而降低,随镀液pH值的增大先降低后升高。

参考文献:

[1]朱晓东,李宁,黎德育,等,镀液流速对高速镀锌层粗糙度及织构的影响[J].电镀与环保,2005,25(4):12-17.

[2]卢燕平,屈祖玉,卢琳,等,微量铅对电镀锌层织构及表面特性的影响[J].北京科技大学学报,2002, 24(4):422-425.

[3]朱晓东,李宁,黎德育,等.88系列添加剂对高速镀锌层质量的影响[J].电镀与环保,2005,25(5):6-8.

[4]辜敏,黄令,杨防祖,等,搅拌条件下电流密度对Cu镀层的织构和表面形貌的影响[J].应用化学,2002,19(3):280-284.

[5]陈华茂,吴华强.超声电镀锡铋合金研究[J].表面技术,2004,33(5): 52-54.

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