电镀工艺学-电化学工程课件

电镀工艺学Platingtechnology

ChapterⅢElectrolytedispersingpower

第三章电解液分散能力

082005FH1电镀工艺学03－37电镀工艺学PlatingtechnologyCh电解液分散能力的基本概念分散能力（或称均镀能力）:就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力。

若镀层在阴极表面分布的比较均匀，就认为这种电解液具有良好的分散能力；在各种电解液中，氰化物电解液的分散能力比较好，普通酸性镀铜和镀锌等简单盐电解液的分散能力较差，镀络电解液的分散能力更差。覆盖能力（或称深镀能力）：在一定的电解条件下，电解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。

由于电流密度的不均匀，在较低电流密度区极化小，达不到金属的析出电位，零件的深凹处没有金属镀层覆盖。082005FH2电镀工艺学03－37电解液分散能力的基本概念082005FH2电镀工艺学03

2.6电流与金属在阴极上的分布

为了提出电解液分散能力的数学表达式，首先讨论电流在阴极表面分布的问题。当支流电通过电解槽时，可能会遇到三部分的阻力：1金属电极的欧姆电阻：R电极2电解液的欧姆电阻：R电液3发生在固体电极与电解液（金属/溶液）两相界面上的阻力（阻抗）R极化这种阻力是由于电化学或放电离子扩散过程缓慢引起的，就是由于电化学极化和浓差极化造成的。可等效的称为极化电阻。

082005FH3电镀工艺学03－372.6电流与金属在阴极上的分布082图2－7082005FH4电镀工艺学03－37图2－7082005FH4电镀工艺学03－37根据欧姆定律：

近阴极的电流I1=（3-1）远阴极的电流I2=（3-2）(3-3)082005FH5电镀工艺学03－37根据欧姆定律：082005FH5电镀工艺学03－37

2.6.1初次电流分布假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布，此时R极化≈0初次分布时：因电解液的电阻R=ρL/S，由于远近阴极的面积S相同，同样电解液的电阻率也相同，因此:（K=常数）（3-4）可见，当阴极极化不存在时，近阴极和远阴极上的电流密度与它们和阳极的距离成反比。这种电流分布最不均匀。082005FH6电镀工艺学03－372.6.1初次电流分布082005FH6电

2.6.2二次电流分布在阴极极化存在时的电流分布称为二次电流分布。实际电流分布的表达式如下（3-3）。在实际电镀生产中，阴极极化总是存在的。当阴极极化存在时，由于近阴极电流密度大，从一般电化学规律看，近阴极的极化应该大于远阴极，既R极化1＞R极化2因此I1/I2更接近于1。说明在有阴极极化时的电流分布更均匀。

3－3082005FH7电镀工艺学03－372.6.2二次电流分布3－3082005FH

当直流电通过电解槽时，近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同，既：V1=V2=V

I1R1-Φk1=I2R2-Φk2

式中：I1和I2近阴极和远阴极的电流R1和R2近阴极和远阴极与阳极间电解液的电阻Φk1和Φk2近阴极和远阴极的电极电位。I1R1=Φk1-Φk2+I2R2（3-5）082005FH8电镀工艺学03－37082005FH8电镀工艺学03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得因I/S=D所以：设L2=L1+ΔL

经整理得：（3-6）082005FH9电镀工艺学03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得082005FH9电因为电阻率的倒数就是电导率所以教材中2－3082005FH10电镀工艺学03－37因为电阻率的倒数就是电导率所以教材中2－3082005F式中：就式阴极的实际电流分布；

κ电解液电导率ΔL远近阴极与阳极距离之差；为极化率（度）即阴极极化曲线的斜率（电位随电流密度的变化率）

082005FH11电镀工艺学03－37式中：就式阴极的实际电2.6.3金属在阴极上的分布如果电流效率在远阴极上和近阴极上相同，也可以用镀层的金属重量比代替电流比。如果电流效率在远阴极上和近阴极上不同，则还要考虑电流效率082005FH12电镀工艺学03－372.6.3金属在阴极上的分布如果电流效率在远阴极影响金属在阴极上分布的因素还有1电流效率082005FH13电镀工艺学03－37影响金属在阴极上082005FH13电镀工艺学03－37影响金属在阴极上分布的因素还有2电力线分布我们把在电场作用下离子运动的轨迹形象地称为电力线

082005FH14电镀工艺学03－37影响金属在阴极上082005FH14电镀工艺学03－37电解槽082005FH15电镀工艺学03－37电解槽082005FH15电镀工艺学03－37解决远近阴极影响的方法1形象阳极2辅助阴极082005FH16电镀工艺学03－37解决远近阴极影响的方法082005FH16电镀工艺学032.6.4电解液的分散能力和覆盖能力分散能力：指金属的宏观分布

通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差表示：（2－5）式中T电解液分散能力（－100％～+100%）M金属分布（M1/M2）K初次电流分布082005FH17电镀工艺学03－372.6.4电解液的分散能力和覆盖能力（2－5）式中T

分散能力的其他表达式082005FH18电镀工艺学03－37分散能力的其他表达式08200分散能力的测定1弯曲阴极法X面镀层的厚度D=0.5－1A/dm2电镀20min082005FH19电镀工艺学03－37分散能力的测定X面镀层的厚度082005FH19电镀工艺2远近阴极法

K＝5或2电镀30min082005FH20电镀工艺学03－372远近阴极法082005FH20电镀工艺学03－37霍尔槽利用电流密度在远近阴极上分布不同的特点，赫尔（Hull）1935年设计了一种平面阴极和平面阳极构成一定斜度的小型电镀实验槽，叫做赫尔槽。由于赫尔槽结构简单，使用方便，目前国内外广泛的应用于电镀实验和工厂生产的质量管理，已成为电镀工作者不可缺少的实验工具。082005FH21电镀工艺学03－37霍尔槽082005FH21电镀工艺学03－37霍尔槽结构尺寸082005FH22电镀工艺学03－37霍尔槽结构尺寸082005FH22电镀工艺学03－372霍尔槽法D=0.5－3A/dm2电镀10－15min一般为5082005FH23电镀工艺学03－372霍尔槽法一般为5082005FH23电镀工艺学03－覆盖能力：又称深镀能力指金属能否覆盖全部受镀表面通常影响覆盖能力的因素：

析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力

基体材料特性：依材料不同各异，通常金属析出过电位与氢析出过电位相反

基体材料表面状态：光滑、洁净→有利于覆盖粗糙、油污→不利于覆盖082005FH24电镀工艺学03－37覆盖能力：又称深镀能力指金属能否覆盖全部受镀表面082覆盖能力的测定：1直角阴极法25082005FH25电镀工艺学03－37覆盖能力的测定：25082005FH25电镀工艺学03－2内孔法082005FH26电镀工艺学03－372内孔法082005FH26电镀工艺学03－373凹穴法082005FH27电镀工艺学03－373凹穴法082005FH27电镀工艺学03－372.6.5电解液的整平能力电解液的整平能力：整平作用是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。

在微观粗糙的金属表面上电流和金属分布与镀液的整平能力有关。微观粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm，而波峰间距离又很小的粗糙表面。这种表面有两个基本特点：一是在微观轮廓面上峰谷差异较小，电力线分布可以认为是均匀的，所以，波峰处的电势与波谷处的电势近似相等；二是扩散层厚度大于波谷深度，造成波峰和波谷处的扩散层厚度不同。082005FH28电镀工艺学03－372.6.5电解液的整平能力082005FH28电镀工艺三种类型的整平剂作用整平作用谷/峰镀层厚度电流密度比i谷/i峰金属离子电沉积的控制步骤添加剂阻化作用的控制步骤几何整平（a）≈1≈1电化学无阻化或表面步骤负整平（b）＜1＜1扩散无阻化或表面步骤正整平（c）＞1＞1电化学扩散步骤082005FH29电镀工艺学03－37三种类型的整平剂作用整平作用谷/峰电流密度比金属离子电沉积的整平剂特点：1能强烈阻化阴极过程，提高极化50－120mV（光亮剂只能提高10－30mV）2能夹杂在镀层中或在阴极上还原而被消耗3整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量082005FH30电镀工艺学03－37整平剂特点：082005FH30电镀工艺学03－37082005FH31电镀工艺学03－37082005FH31电镀工艺学03－37δ有效＝扩散层的有效厚度D=反应粒子的扩散系数ν＝动力粘度（粘度/密度）ω＝旋转角速度可以通过改变旋转圆盘电极的转速来模拟微观表面的峰与谷高速表示峰（δ小）低速表示谷（δ大）

082005FH32电镀工艺学03－37δ有效＝扩散层的有效厚度可以通过改变旋转圆盘电极的转速来模拟082005FH33电镀工艺学03－37082005FH33电镀工艺学03－37思考题031什么是电解液的分散能力？2什么是电解液的覆盖能力？3什么是整平能力？有哪几种类型？4什么是初次电流分布？5什么是二次电流分布？6影响分散能力的因素又哪些？7影响覆盖能力的因素有哪些？8整平剂的特征是什么？9扩散层厚度大表示微观的峰还是谷？10提高旋转圆盘电极转速，电流密度减小，整平剂为哪种类型？082005FH34电镀工艺学03－37思考题031什么是电解液的分散能力？082005F思考题0311微观粗糙指：波－谷尺度差为？12电流效率与电流密度变化有哪些类型？13测定覆盖能力的方法有哪些？14测定整平剂特性可用什么方法？15测定分散能力的方法有哪些？16电镀时，电力线分布的特点？082005FH35电镀工艺学03－37思考题0311微观粗糙指：波－谷尺度差为？082谢谢！082005FH36电镀工艺学03－37谢谢！082005FH36电镀工艺学03－37电镀工艺学Platingtechnology

ChapterⅢElectrolytedispersingpower

第三章电解液分散能力

082005FH37电镀工艺学03－37电镀工艺学PlatingtechnologyCh电解液分散能力的基本概念分散能力（或称均镀能力）:就是电解液能使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力。

若镀层在阴极表面分布的比较均匀，就认为这种电解液具有良好的分散能力；在各种电解液中，氰化物电解液的分散能力比较好，普通酸性镀铜和镀锌等简单盐电解液的分散能力较差，镀络电解液的分散能力更差。覆盖能力（或称深镀能力）：在一定的电解条件下，电解液能使镀层沉积金属覆盖整个表面的能力。

由于电流密度的不均匀，在较低电流密度区极化小，达不到金属的析出电位，零件的深凹处没有金属镀层覆盖。082005FH38电镀工艺学03－37电解液分散能力的基本概念082005FH2电镀工艺学03

2.6电流与金属在阴极上的分布

为了提出电解液分散能力的数学表达式，首先讨论电流在阴极表面分布的问题。当支流电通过电解槽时，可能会遇到三部分的阻力：1金属电极的欧姆电阻：R电极2电解液的欧姆电阻：R电液3发生在固体电极与电解液（金属/溶液）两相界面上的阻力（阻抗）R极化这种阻力是由于电化学或放电离子扩散过程缓慢引起的，就是由于电化学极化和浓差极化造成的。可等效的称为极化电阻。

082005FH39电镀工艺学03－372.6电流与金属在阴极上的分布082图2－7082005FH40电镀工艺学03－37图2－7082005FH4电镀工艺学03－37根据欧姆定律：

近阴极的电流I1=（3-1）远阴极的电流I2=（3-2）(3-3)082005FH41电镀工艺学03－37根据欧姆定律：082005FH5电镀工艺学03－37

2.6.1初次电流分布假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布，此时R极化≈0初次分布时：因电解液的电阻R=ρL/S，由于远近阴极的面积S相同，同样电解液的电阻率也相同，因此:（K=常数）（3-4）可见，当阴极极化不存在时，近阴极和远阴极上的电流密度与它们和阳极的距离成反比。这种电流分布最不均匀。082005FH42电镀工艺学03－372.6.1初次电流分布082005FH6电

2.6.2二次电流分布在阴极极化存在时的电流分布称为二次电流分布。实际电流分布的表达式如下（3-3）。在实际电镀生产中，阴极极化总是存在的。当阴极极化存在时，由于近阴极电流密度大，从一般电化学规律看，近阴极的极化应该大于远阴极，既R极化1＞R极化2因此I1/I2更接近于1。说明在有阴极极化时的电流分布更均匀。

3－3082005FH43电镀工艺学03－372.6.2二次电流分布3－3082005FH

当直流电通过电解槽时，近阴极和远阴极与阳极的两个并联电路上的电压相同，既：V1=V2=V

I1R1-Φk1=I2R2-Φk2

式中：I1和I2近阴极和远阴极的电流R1和R2近阴极和远阴极与阳极间电解液的电阻Φk1和Φk2近阴极和远阴极的电极电位。I1R1=Φk1-Φk2+I2R2（3-5）082005FH44电镀工艺学03－37082005FH8电镀工艺学03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得因I/S=D所以：设L2=L1+ΔL

经整理得：（3-6）082005FH45电镀工艺学03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得082005FH9电因为电阻率的倒数就是电导率所以教材中2－3082005FH46电镀工艺学03－37因为电阻率的倒数就是电导率所以教材中2－3082005F式中：就式阴极的实际电流分布；

κ电解液电导率ΔL远近阴极与阳极距离之差；为极化率（度）即阴极极化曲线的斜率（电位随电流密度的变化率）

082005FH47电镀工艺学03－37式中：就式阴极的实际电2.6.3金属在阴极上的分布如果电流效率在远阴极上和近阴极上相同，也可以用镀层的金属重量比代替电流比。如果电流效率在远阴极上和近阴极上不同，则还要考虑电流效率082005FH48电镀工艺学03－372.6.3金属在阴极上的分布如果电流效率在远阴极影响金属在阴极上分布的因素还有1电流效率082005FH49电镀工艺学03－37影响金属在阴极上082005FH13电镀工艺学03－37影响金属在阴极上分布的因素还有2电力线分布我们把在电场作用下离子运动的轨迹形象地称为电力线

082005FH50电镀工艺学03－37影响金属在阴极上082005FH14电镀工艺学03－37电解槽082005FH51电镀工艺学03－37电解槽082005FH15电镀工艺学03－37解决远近阴极影响的方法1形象阳极2辅助阴极082005FH52电镀工艺学03－37解决远近阴极影响的方法082005FH16电镀工艺学032.6.4电解液的分散能力和覆盖能力分散能力：指金属的宏观分布

通常用实际电流分布与初次电流分布的相对偏差表示：（2－5）式中T电解液分散能力（－100％～+100%）M金属分布（M1/M2）K初次电流分布082005FH53电镀工艺学03－372.6.4电解液的分散能力和覆盖能力（2－5）式中T

分散能力的其他表达式082005FH54电镀工艺学03－37分散能力的其他表达式08200分散能力的测定1弯曲阴极法X面镀层的厚度D=0.5－1A/dm2电镀20min082005FH55电镀工艺学03－37分散能力的测定X面镀层的厚度082005FH19电镀工艺2远近阴极法

K＝5或2电镀30min082005FH56电镀工艺学03－372远近阴极法082005FH20电镀工艺学03－37霍尔槽利用电流密度在远近阴极上分布不同的特点，赫尔（Hull）1935年设计了一种平面阴极和平面阳极构成一定斜度的小型电镀实验槽，叫做赫尔槽。由于赫尔槽结构简单，使用方便，目前国内外广泛的应用于电镀实验和工厂生产的质量管理，已成为电镀工作者不可缺少的实验工具。082005FH57电镀工艺学03－37霍尔槽082005FH21电镀工艺学03－37霍尔槽结构尺寸082005FH58电镀工艺学03－37霍尔槽结构尺寸082005FH22电镀工艺学03－372霍尔槽法D=0.5－3A/dm2电镀10－15min一般为5082005FH59电镀工艺学03－372霍尔槽法一般为5082005FH23电镀工艺学03－覆盖能力：又称深镀能力指金属能否覆盖全部受镀表面通常影响覆盖能力的因素：

析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力

基体材料特性：依材料不同各异，通常金属析出过电位与氢析出过电位相反

基体材料表面状态：光滑、洁净→有利于覆盖粗糙、油污→不利于覆盖082005FH60电镀工艺学03－37覆盖能力：又称深镀能力指金属能否覆盖全部受镀表面082覆盖能力的测定：1直角阴极法25082005FH61电镀工艺学03－37覆盖能力的测定：25082005FH25电镀工艺学03－2内孔法082005FH62电镀工艺学03－372内孔法082005FH26电镀工艺学03－373凹穴法082005FH63电镀工艺学03－373凹穴法082005FH27电镀工艺学03－372.6.5电解液的整平能力电解液的整平能力：整平作用是指镀液能使镀层表面更加平滑的能力。

在微观粗糙的金属表面上电流和金属分布与镀液的整平能力有关。微观粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm，而波峰间距离又很小的粗糙表面。这种表面有两个基本特点：一是在微观轮廓面上峰谷差异较小，电力线分布可以认为是均匀的，所以，波峰处的电势与波谷处的电势近似相等；二是扩散层厚度大于波谷深度，造成波峰和波谷处的扩散层厚度不同。082005FH64