电沉积工艺条件―Hull槽试验及镀层的结构与性能的测试.pdf

材料结构与性能测试开放实验

镍电沉积及镀层的结构与性能的测试

电沉积工艺条件―Hull槽试验

名：

学号：

专业：材料化学

院系：理学院化学与化工系

指导教师：

起止日期：2011年10月14日至2011年11月10日

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镍电沉积及镀层的结构与性能的测试

电沉积工艺条件―Hull槽试验

摘要电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具有

所需形态和性能的金属沉积层的过程。Hull槽实验是电镀工艺中最常

用、最直观、半定量的一种实验方法。它可以简便且快速地测试镀液

性能、镀液组成和工艺条件的改变对镀层质量产生的影响。通过此实

验，通常可以用于确定镀液中各种成分的合适用量；选择合适的工艺

条件；测定镀液中添加剂或杂质的大致含量；分析、排除实际生产过

程中出现的故障；测定镀液的分散能力。

关键词电沉积、Hull槽、定镍镀、镀层

1.前言

电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具有所需形态和性能

的金属沉积层的过程。传统上电沉积金属的目的，一般是改变基底表面的特性，

改善基底材料的外观、耐腐蚀性和耐磨损性。现在,电沉积这一古老而又年轻的

技术正日益发挥着其重要作用,已广泛应用于制备半导体、磁膜材料、催化材料、

纳米材料等功能性材料和微机电加工领域中。

Hull槽实验是电镀工艺中最常用、最直观、半定量的一种实验方法。它可以

简便且快速地测试镀液性能、镀液组成和工艺条件的改变对镀层质量产生的影

响。通过此实验，通常可以用于确定镀液中各种成分的合适用量；选择合适的工

艺条件；测定镀液中添加剂或杂质的大致含量；分析、排除实际生产过程中出现

的故障；测定镀液的分散能力。

2.实验原理

电沉积过程中，由外部电源提供的电流通过镀液中两个电极（阴极和阳极）

形成闭合的回路。当电解液中有电流通过时，在阴极上发生金属离子的还原反应，

同时在阳极上发生金属的氧化（可溶性阳极）或溶液中某些化学物种(如水)的氧

化（不溶性阳极）。其反应可一般地表示为：

阴极反应：Mn++ne=M

副反应：2H++2e=H2(酸性镀液)

2H2O+2e=H2+2OH-(碱性镀液)

当镀液中有添加剂时，添加剂也可能在阴极上反应。

阳极反应：M–ne=Mn+（可溶性阳极）

或2H2O–4e=O2+4H+(不溶性阳极，酸性)

镀液组成（金属离子、导电盐、配合剂及添加剂的种类和浓度）和电沉积的

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电流密度、镀液pH值和温度甚至镀液的搅拌形式等因素对沉积层的结构和性能

都有很大的影响。确定镀液组成和沉积条件，使我们能够电镀出具有所要求的物

理-化学性质的沉积层，是电沉积研究的主要目的之一。

本实验通过电沉积镍和沉积层结构与性能的研究分析，使学生掌握金属电沉

积的基本原理和基本的研究方法，初步了解电沉积条件对镍沉积层结构与性能的

影响，认识电镀过程中添加剂的作用。

电沉积镍过程的主要反应为

阴极：Ni2++2e=Ni

阳极：Ni–2e=Ni2+

在整个沉积过程中，实际上至少包含了溶液中的水（或配合）镍离子向阴极表

面扩散、镍离子在阴极表面放电成为吸附原子（电还原）和吸附原子在表面扩散

进入金属晶格（电结晶）三个步骤。溶液中镍离子的浓度、添加剂与缓冲剂的种

类和浓度、pH、温度及所使用的电流密度、搅拌情况等都能够影响电沉积的效

果。用Hull槽试验能够在较短的时间内，用较少的镀液得到较宽电流密度范围

内的沉积效果。

图1Hull槽结构示意图

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图2Hull槽样板及镀层状况记录符号

Hull槽是梯形结构的镀槽