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物理因素对电镀过程的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-29  浏览次数:626
核心提示:电镀是金属离子在阴极上电化学还原而形成金属结晶的过程。实现这一过程需要消耗电能,而且需要在一定的操作条件下(PH值,温度,电压,电流密度等)下才能得到有用的镀层。
 

电镀是金属离子在阴极上电化学还原而形成金属结晶的过程。实现这一过程需要消耗电能,而且需要在一定的操作条件下(PH值,温度,电压,电流密度等)下才能得到有用的镀层。不同组分的电解液对电流在阴极的分布有很大的影响,因此调整或选择一个合适或优良的电镀液是电镀生产的一个重要问题。例如改善均一性,提高覆盖能力,获得光泽镀层等。尤其是各种有机添加剂对电镀过程的影响,人们一般把注意力放在电解液的组成上,希望可以找到一个有宽广作业范围的镀液。

即使最简单的电解过程也不是也不是纯化学过程,即使是化学因素也是在一定的物理条件下才起作用的影响电极的因素不能仅仅从化学因素考虑,这是一个电化学过程,可以从电极反应的结果来判断。选用各种化学物质的目的(如络合剂,添加剂等)也是为了改善电极过程,使之有利于镀层的沉积。这些化学物质有可能改变金属离子的存在状态,但在电场作用下,有电流通过电解液时,这是会有离子的变形,电泳现象等发生,还用阴离子消耗产生的浓差极化。但是这些离不开物理因素。例如电镀光亮镍要加温到45度,在温度低时光亮剂作用就不明显;相反又如酸性光亮镀铜的添加剂一般必须在30度以下才起作用。阴极移动可以增大电流密度范围。以上例子说明电镀液可以在一定的物理因素条件下充分发挥作用。

一.电源的影响

一般电镀业者认为是用平稳的直流电或至少接近平稳是最理想的,可控硅的出现使大家认识到电源波形的利弊影响。电流波形也和电解液组成和电流密度一样是电镀工程的一个重要因素。在电极反应过程中出现的电化学极化与浓差极化都会影响电镀结晶的品质,成为控制反应的因素。例如脉冲电源对不同的电镀的影响也是不一样的。受扩散控制的反应,才适合采用脉冲电源。在电极反应过程中,电极表面由于离子浓度变化形成一个扩散层。当反应受扩散控制时,扩散层会比较厚一些,使电极表面的微观不平形成薄厚不均的扩散层,容易出现反整平现象,使镀层不光滑。使用脉冲电镀后,镀层变得相对光滑多了。容易受扩散控制的镀液是交换电流密度大的槽液,如银等,实际上铜镍等都可以利用各种波形的电源获得满意的镀层。电源波形不仅对扩散层有影响,对添加剂的吸附,改变结晶的取向,控制镀层的应力,减少镀层渗氢,调整合金的比例等都有相当的作用。同时采用脉冲电源的脉波电流可以减少机械,电机设备,而且效果更加显著。如在普通镀镍中,采用脉冲电镀,大大提高镀层的光泽性和反射率。但对光亮镀镍影响不大,因其对光亮镀镍结晶优先取向的影响不大,但可以提高亮度。酸铜采用则可改善镀层的均匀性。

二.温度的影响

电镀往往在一定的温度下进行的,温室是电镀的理想温度。一般来说,提高温度,可以增加镀液的导电性,提高镀液的均匀性。镀液的均匀性是由电流在阴极表面的分布情况决定的。温度下降,粒子活泼性下降,溶液黏度增加,导电度降低。当金属还原时的电化学极化较大,它受温度影响就越大。温度升高时过电压降低,反应容易进行;温度降低,增加电极极化。温度对电极的影响是很明显的。对交换电流的影响较大,电压的影响少小。镍的常温过电压较高,可以在常温下析出;金铜银等因其过电压过低,已发生烧焦粗糙等现象,需要添加络合剂或添加剂来提高反应的过电压。但是会降低反应的速度,这种添加了络合剂或添加剂,导电盐因总体浓度增加,粘度增大,导电率下降,采用适当加温,可以在不破坏络合物作用的同时,增加导电度,提高反映允许的电流密度,也可以达到提高反应速度和镀层均匀性。

温度对添加的影响也很明显,光亮镀镍使用的添加剂,一般需要加温到50度左右,才会有明显的光亮作用,因为温度升高,电流密度可以升高,这对达到增光剂的吸附电位有利。又如酸性镀铜光亮剂一般温度超过40度其作用就完全消失,只有在30度以下,才会有理想的光泽。

电镀的本身会产生欧姆热。一度电可以转化为热能860千卡,并由此可以计算出槽液的生热量和温升:

Q=U×A×0.86×η

Q:电解热

U:槽电压

A:电流

η:热交换率%

其中热交换率因镀液组成,挂钩导电状况不同而不同。因此有些在常温下能工作的电镀液,在大量连续生产时,也有必要采取降温措施。如酸性光亮镀铜采取冷冻机降温后,其品质稳定,可以应用于连续生产。

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