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滚镀体系沉积速率,受主盐浓度与电流密度的影响大吗?

放大字体  缩小字体发布日期:2019-04-02  作者:王征颢  浏览次数:448
核心提示:影响沉积速率的因素有很多,如主盐的质量浓度、镀槽温度、电流密度、配位剂和添加剂的质量浓度、金属基体表面状态及搅拌等。

影响沉积速率的因素有很多,如主盐的质量浓度、镀槽温度、电流密度、配位剂和添加剂的质量浓度、金属基体表面状态及搅拌等。

在允许的操作范围内,主盐的质量浓度越高,沉积速率越快;

镀槽温度越高,沉积速率越快;电流密度越大,沉积速率越快;

配位剂的质量浓度越低,沉积速率越快;

氢在金属基体表面的过电位越低,越容易在金属表面沉积。

下面探讨主盐的质量浓度和电流密度对滚镀体系沉积速率的影响。

电镀时,电化学极化和浓差极化是同时存在的,只不过它们各自所占的比例不同。

对于挂镀工艺,一般允许使用较高的电流密度,浓差极化占电镀时,电化学极化和浓差极化是同时存在的,只不过它们各自所占的比例不同。

而对于滚镀工艺,允许使用的电流密度较低,则以电化学极化为主。

它们两者的关系与化学镀镍不同。

化学镀镍的沉积速率是由镍离子的还原速率和次磷酸钠的氧化速率共同决定的。

对于滚镀工艺,在反应初始阶段,滚筒内外的工艺参数是相同的。但随着反应的不断进行,滚筒内的有效成分逐渐变少,直至达到平衡状态。滚筒外主盐的质量浓度逐渐增加,而电流密度保持不变。

由于滚镀工艺是电化学极化占据主导地位,所以在滚镀工艺中,当主盐的质量浓度不断增加,沉积速率并未出现明显的变化。

这是因为在一个很大的镀槽体系中,主盐提供的待镀离子是完全足够的,甚至可以说是待镀离子远超过需要放电所消耗的离子。

镀锌为例,在一个20000L的镀槽中,锌离子即使控制在5g/L,待镀工件以最大表面积计算。

假设1kg零件的表面积为40dm。装载量为40kg,电镀10m厚的镀层,那么理论上需要消耗1248g的锌。

而整个镀槽的锌量为100kg,消耗的锌量仅为1.248%。可见,锌离子的质量浓度不断增加,沉积速率不会有显著的提高。

但当电流密度提高0.1A/dm时,沉积速率快速增大,镀层厚度增加很快。

这是因为在很大的镀槽体系中,主盐的质量浓度是足够的,但离子发生电化学反应需要获得电子。

这电子一路来自金属氧化成阳离子,另一路来自外部电路。待镀离子只有获得电子才能放电,沉积在阴极表面。这也不能将电流密度控制在像挂镀似的电流密度。

因为在滚镀体系中,滚筒内的有效离子与外面离子的交换速率是有限的,否则镀层粗糙、易烧焦。

笔者曾在一家客户的厂里测试锌一镍滚镀工艺,当主盐的质量浓度从6g/L增加到12g/L时,电流密度保持不变,测试镀层厚度,几乎没有多大的改善。

但当电流密度从0.3A/dm2升至0.4A/dm2或0.5A/dm2时,沉积速率明显加快,原来镀9~10μm厚的镀层需要120~130rain,提高电流密度后100min就达到厚度要求。

所以对于挂镀工艺和滚镀工艺,即使是同一电镀体系,两者区别较大,一个以浓差极化为主,一个以电化学极化为主。两者在操作思维与理念上差异还是蛮大的。

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