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整平作用与整平剂:整平作用的类型

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:804

整平作用的类型

若用深度小于0.5mm的三角凹陷来代表典型微观不平的表面(见图3-2),并假定金属在微观剖面各个区域内的电流效率是相等的,则整平能力可以理解为电流(或镀层厚度)在微观凹陷的峰、谷两点之间的差异程度。例如瓦茨液(50℃,pH=3.0)中镀镍时,在没有添加剂的条件下,如果电流密度不高于3A/dm2,那么从显微照片可以观察到镀层沿着微观凹陷表面的分布基本上是均匀的[见图3-3(c)],此时可以认为电流分布即谷处的电流Ir和峰处的电流Ip,之比(Ir/Ip)或镀层厚度分布Ir/Ip。接近于l,而凹陷深度则减小。其值为:

 

图3-2三角凹陷及镀层剖面

 

式中hr--谷处镀层的厚度;

Hp--峰处镀层的厚度。

由图3-2可见,d2+hr=do+hp 因此hr-hp=do-d2。

这种因镀层均匀分布而导致凹陷深度的减小,称为几何整平或自然整平[见图3-3(c)]。

随着电流密度的提高,可以看到镀上镍层后表面不但没有变平滑,而且凹陷比原来底材表面还要深,此时Ir/Ip或hr/hp,均小于1[见图3-3(b)],这种现象称为负整平作用。

向Watt's液中添加0.4g/L丁炔二醇后,可以在相当大的电流密度范围内得到具有显著整平效果的镀层,此时Ir/Ip或hr/hp。均大于1[见图3-3(a)],这种现象称为正整平。

上述例子说明微观均一性有三种类型。

①Ir/Ip或hr/hp>1正整平。

②Ir/Ip或hr/hp=l几何整平。

③Ir/Ip或hr/hp<1负整平。

比较电解液中存在与不存在丁炔二醇时阴极的极化曲线(见图2-1)可以看出:在设定的电流密度下,0.4g/L的丁炔二醇使极化值约增加lOOmV,镀液搅拌极化值进一步增大。而在设定的电位下,电流密度则明显下降。由此可见,在镀镍电解液中丁炔二醇既是极化剂(使极化值增大),又是抑制剂(阻止电流增大或抑制反应速度增大)。值得注意的是,搅拌能同时增大极化作用和抑制作用,在没有整平剂时,搅拌消除了部分浓差极化,但存在整平剂时,搅拌加强了其扩散作用,从而加强了抑制作用。因而在相当的电位值下,I不搅/I搅>1,金属的沉积过程是受抑制剂丁炔二醇的传质速度控制。

把三种类型的整平作用和对图2-1曲线的分析结果对照见表3-1。

 

图3-3整平能力的三种类型

由表3-1可知,在相同的电解条件下,由平板阴极极化曲线测得的珠I不搅/ I搅,与在微观凹陷表面上代表三种整平能力的Ir/Ip,是一一对应的,故可用金属沉积过程是否受金属离子或抑制剂的扩散控制来解释整平能力。

表3-1整平能力的类型与特征

整平能力的类型

条件

平板阴极之极化曲线的特征

几何整平Ir/Ip=1

无添加剂,电流密度低于某一值

I不搅/ I搅=1,非扩散控制

负整平Ir/Ip<1

无添加剂,电流密度高于某一值

I不搅/ I搅<1,金属离子受扩散控制

正整平Ir/Ip>1

存在添加剂

I不搅/ I搅>1,抑制剂受扩散控制

 

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