第2章金属电沉积理论(2).ppt

;; 2.1 电结晶过程 电结晶历程至少包括金属离子的放电和长入晶格两个步骤，其影响因素很多，如温度、电流密度、电极电位、电解液组成、添加剂等，这些因素对电结晶过程的影响直接表现在所获得电沉积层的各种性质上，如致密、反光性、分布均匀性、结合力及机械性能等， 因此有一定的研究意义。 当金属离子在很小的过电位(η＜100mV)下放电时，新晶核形成的速度很小， 这时电结晶过程主要是原有的晶体长大，若过电位较大，就有可能产生新晶核。;图2-1 金属电结晶过程可能的历程;2.1.2 晶核的形成与长大 晶核形成过程的能量变化由两个部分组成： ① 金属由液态变为固相，释放能量，体系自由能下降(电化学位下降) ② 形成新相，建立界面，吸收能量，体系自由能升高。 晶核形态可以是多种形状，也可以是三维、二维。;二维圆柱状成核速度W与过电位ηk的关系 ; 上式表明，过电位越大，成核速度越大，晶粒越细。 如果晶核与电极是同种金属，该式适合第一层长满后的各层生长。 从晶核形成便有电流通过，随着晶核的长大，电流变小，在一个晶面长满后电流为零，以后各层重复。 成核速度随着过电位的升高而增加，在实际电镀中，向溶液中加入络合剂和表面活性剂，以提高阴极极化过电位，而获得致密的镀层。但应该注意的是: 阴极过程是电化学极化，而不是浓差极化，因为浓差极化只是造成电极表面附近金属离子浓度降低而引起的变化，而并未改变电化学的平衡状态。 ; 2.1.3 电结晶的实例 当将Pt电极插入CdSO4溶液中时，Pt表面上没有Cd存在。 当电极在恒电流下进行阴极极化时，对应的极化曲线如图2 Δφ1：Pt阴极上晶核形成时所需的 “过饱和度”一 过电位 Δφ2：则是Cd晶核长大所需的过电位;2.2 金属电沉积过程;第三节 电沉积金属的结构;图2-3 晶面的表示方法;;3.3 电结晶形态 ; ; 晶须状 枝晶状;第四节 金属电沉积过程的参数控制;4.1 镀液的组成与类型 镀液的组成;1、 主盐及其分类 (1)主盐：在电镀工艺中，常将含??沉积金属的盐类称为主盐，如各种镀锌溶液中的硫酸锌、锌酸钠等； (2)分类：根据主盐化学成分和性质不同，分为单盐、复盐、络盐。一般将单盐，复盐组成的电解液归为单盐电解液，把络盐和螯合物组成的电解液称为络合物电解液； 2、 镀液的基本类型： (1)单盐电解液类型（见表2-3） 硫酸盐型，氯化物型，氟硼酸型，氟硅酸型，氨基磺酸型 (2)络合物电解液类型（见表2-4） 氨合络盐型，有机络盐型，焦磷酸盐型，碱性络盐型，氯化物型;;图2-5 电解液分类;4.2 电解液的分散能力 4.2.1 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。 ;4.2.2 影响电流和金属在阴极上分布的因素;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。 ;△L→０ △L越小越好;1、几何因素的影响 我们把在电场作用下离子运动的轨迹形象地称为电力线 ;(1)电解槽的形状;解决远近阴极影响的方法 (1) 形象阳极 (2) 辅助阴极;4.2.3 为提高电解液的分散能力，常采用以下措施： (1)选拔适当的络合剂和添加剂，提高阴极极化率； (2)添加碱金属盐类或其它强电解质，提高电导率； (3)加大零件与阳极间的距离 (4)采用象形阳极，辅导阴极； (5)挂具设计时，使零件的主要镀面对着阳极并与之平行； (6)零件在电解槽中均匀排布；;4.2.4 分散能力的测定 (1) 弯曲阴极法;(2)远近阴极法 K＝5或2 电镀30min;4.3 电解液的覆盖能力 ;4.3.2 影响覆盖能力的主要因素： (1)析出电位：电位越正，有利于提高覆盖能力。 (2)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。;4.3.3 覆盖能力的测定： (1) 直角阴极 法;(2) 内孔法;(3) 凹穴法;4.4.1 霍尔槽的简介 利用电流密度在远近阴极上分布不同的特点，