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光亮电镀与添加剂:平滑细晶理论—表面晶粒尺寸对光亮的影响

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-27  浏览次数:836

表面晶粒尺寸对光亮的影响

金属表面的平滑程度可用其表面的凹凸度来描述。如果表面的凹凸度超过照射光的波长,这种凹凸度称为宏观凹凸度,它并不影响表面的光亮度。如果表面的凹凸度比照射光的波长短,达到微米的数量级,那就会对光产生干扰作用,因而对表面的光亮度产生显著的影响。根据Antropov的估计通常镀层的表面凹凸度在0.02~2μm之间,而一般所说的显微凹凸度,指的是表面凹槽的深度在0.4μm以下。

如前所述,表面的光亮度取决于表面的平滑程度。然而表面的平滑程度又是由多种因素决定的,如晶粒的大小、晶粒的取向和择优取向的程度,以及外来杂质(包括添加剂)的共沉积等。这些因素中,目前认为最重要的是晶粒的大小,就像用粗大的石块铺路得不到平滑的路面一样,只有细小的晶粒才能填平微观凹凸的表面(几何整平),而又不产生凹凸度超过0.15μm的新表面。因此,要获得光亮的镀层,晶粒尺寸通常都应小于0.2μm。因为若晶粒较大,则大晶粒之间会出现缝隙。Weil认为缝隙的存在是沉积物表面呈现乳白色、朦状或者不完全光亮的原因。此外,若镀层是由大的平台构成,则平台之间就会出现粗大的台阶,这些都会影响表面的平滑,从而影响表面的光亮度。

用此观点就可以很好解释为何光亮镀液既要晶粒细化剂又要整平剂。单有晶粒细化剂,底材原来的粗糙表面得不到整平,镀层最多只能达到半光亮。而单有整平剂,由于沉积的晶粒粗大,又会出现新的显微凹凸表面,所以镀层也不光亮。在打光的底材表面上,只要用含晶粒细化剂的镀液仍可获得光亮镀层。在不很平滑的底材表面上要获得光亮的镀层,镀液中就必须同时含有晶粒细化剂和整平剂。而要快速获得光亮的镀层,镀液中整平剂还必须是高效的整平剂。在配方设计时,在含强络合剂的镀液中一般只要加入整平剂即可,因为强络合剂可起晶粒细化剂的作用。而在不含强络合剂的镀液中,既要加入晶粒细化剂,又要加入整平剂,这样才能获得真正光亮的镀层。

晶粒细化剂与整平剂可以是两种物质,也可以是一种物质。如光亮镀镍时用的丁炔二醇,既有细化晶粒的作用,又有整平作用,所以既是光亮剂,又是整平剂。但其整平效果不如糖精、香豆素和萘磺酸,所以要获得全光亮的镍层,往往同时含丁炔二醇与糖精或其他高效整平剂。在氰系镀铜液中,氰化物是很有效的晶粒细化剂,但其整平性能很差,仅当加入具有整平作用的硫代硫酸钠或其他含硫化合物时才能获得全光亮的铜层。同样,光亮氰系镀银的添加剂大半属于晶粒细化剂,不一定都具有整平能力。而平常说的整平剂都有良好的整平作用,而且大半具有细化晶粒的作用(这会提高反应过电位)。

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