第3章2011 電鍍液性能

1、第3章 電鍍液性能,§3.1 概述§3.2 鍍液的分散能力§3.3 鍍液的覆蓋能力§3.4 鍍液的整平能力§3.5 電流效率,§3.1 概述,鍍液性能,,鍍液的分散能力,鍍液的整平能力,鍍液的覆蓋能力,電流效率,,§3.2 鍍液的分散能力,基本概念電解液分散能力的數(shù)學(xué)表達(dá)式影響電流和金屬在陰極表面分布的因素鍍液分散能力的測(cè)定方法,１、基本

2、概念,是電解液使零件 表面鍍層厚度均勻分布的能力。,分散能力（均鍍能力）：,２、電解液分散能力的數(shù)學(xué)表達(dá)式,遠(yuǎn)近陰極電解槽1-近陰極;2-遠(yuǎn)陰極;3-陽(yáng)極;4-絕緣隔板,并聯(lián),忽略,,,,,電化學(xué)極化,濃差極化,(1)初次電流分布(或一次電流分布),假設(shè)陰極極化不存在時(shí)的電流分布，此時(shí)R 極化≈ 0。,初次電流分布：,(2)二次電流分布(或?qū)嶋H電流分布),二次電流分布：陰極極化存在時(shí)的電流分布,電解液的分散能力用實(shí)

3、際電流分布與初次電流分布的相對(duì)偏差來(lái)表示,當(dāng)電流電流效率為100％時(shí)，I1/I2與沉積金屬的重量(Ml與M2)或厚度成正比，,(3)分散能力的數(shù)學(xué)表達(dá)式,,,,電解液的電阻率,,,陰極極化度,實(shí)際電流分布與極化率、溶液電阻率、幾何尺寸等的關(guān)系,,,遠(yuǎn)陰極和近陰極與陽(yáng)極之間的距離差,,,,近陰極和陽(yáng)極之間的距離,,,３、影響電流和金屬在陰極表面分布的因素,,影響分散能力的因素,,幾何因素,電化學(xué)因素,,電解槽的形狀,Δl （遠(yuǎn)陰極和近陰極

4、與陽(yáng)極的距離差）,l1 （極間距）,零件在電解槽中的懸掛深度,,及陰極極化的絕對(duì)值,ρ,影響電流分布,,,當(dāng)電流在陰極表面上的分布確定之后，影響金屬分布的惟一因素就是電流效率。,影響金屬分布,電解槽中電力線分布示意圖,,在陰極的邊緣和尖端電力線比較集中，也就是在邊緣、棱角和尖端處，電流密度較大，這種現(xiàn)象稱為邊緣效應(yīng)或尖端效應(yīng)。,邊緣效應(yīng)或尖端效應(yīng)：,1）電解槽的形狀,金屬在陰極上分布與電解槽尺寸的關(guān)系,（1）、幾何因素,注意,要使電流分

5、布均勻，應(yīng)將陽(yáng)極和零件均勻地掛滿整個(gè)電解槽，而不應(yīng)該將陽(yáng)極和零件只掛在電解槽的中間或一邊。,2）遠(yuǎn)、近陰極與陽(yáng)極距離之差(Δl ),電鍍時(shí)的象形陽(yáng)極,,對(duì)于燈泡銀碗之類反光聚光件，要求內(nèi)部具有良好的反光聚焦功能。采用裝飾鍍鉻時(shí)，有時(shí)要用鉛合金制成與內(nèi)部曲線接近的“象形陽(yáng)極” ，內(nèi)部才能套好鉻。“象形”的目的也是為了減小△L。,工件裝掛方式,當(dāng)鍍管件或封底腔盒體，要求內(nèi)部鍍層良好時(shí)，則管件內(nèi)部中間部位或腔盒體底角處的△L非常大，分散能力特

6、差，內(nèi)部鍍層難以合格。此時(shí)必須以棒或板作輔助陽(yáng)極，如圖所示。在管件內(nèi)部，當(dāng)輔助陽(yáng)極棒居于圓心時(shí)，則內(nèi)部各處到輔助陽(yáng)極的 L幾乎相等。可見(jiàn)，采用輔助陽(yáng)極的實(shí)質(zhì)就是要減小△ L 。,輔助陽(yáng)極,,,,對(duì)于形狀復(fù)雜的工件，采用輔助陽(yáng)極來(lái)縮短工件低電流密度區(qū)與陽(yáng)極之間的距離，從而使低電流密度區(qū)的電流增大。,防止邊緣效應(yīng)采用輔助陰極或絕緣板,采用輔助陰極后電力線分布,輔助陰極：為了消除被鍍制件上某些部位由于電力線過(guò)于集中而出現(xiàn)的毛刺和燒焦等毛病，在

7、該部位附近另加某種形狀的陰極，用以消耗部分電流，這種附加的陰極就是輔助陰極。也稱屏蔽陰極 。,增大極間距時(shí)K值的變化,3）陰極和陽(yáng)極間的距離(l1),,單排電鍍時(shí)，槽凈寬不宜小于0.8 m。另外，當(dāng)鍍槽不夠?qū)挄r(shí)，不宜掛雙排工件。若要掛雙排，槽凈寬不宜小于l.2 m。,4）零件在電解槽中的懸掛深度,零件懸掛深度對(duì)鍍層分布的影響,（由槽底算起）,注意,電鍍時(shí)要考慮零件懸掛的方向、位置，應(yīng)盡可能使零件占滿整個(gè)電解液深度。,,,,,5cm,

8、15cm,1）極化率Δ? /Δj 對(duì)電流分布的影響,（2）電化學(xué)因素的影響,不同斜率的極化曲線,,,,jk,j1,j2,極化率影響分散能力,,配位劑、添加劑,電流密度的上限,陰極極化的絕對(duì)值也影響分散能力,2）電解液的電阻率(?),電解液的電阻率和極化率是相互影響的增加電導(dǎo)的方法：添加導(dǎo)電鹽、調(diào)節(jié)pH,金屬鍍層在陰極分布的影響因素,電流密度電流效率,,,,,電化當(dāng)量,,,電流效率,金屬鍍層的密度,,,,,,j1,,,j2,j1,j2

9、,電流效率與電流密度的關(guān)系曲線,簡(jiǎn)單鹽電解液,鍍鉻電解液,配合物電解液,提高分散能力的方法,配位劑、添加劑，以提高電解液的陰極極化度；堿金屬鹽類或其他強(qiáng)電解質(zhì)，以提高電解液的電導(dǎo)率；盡可能加大極間距；采用象形陽(yáng)極、輔助陽(yáng)極、輔助陰極或絕緣材料保護(hù)主要被鍍面對(duì)著陽(yáng)極并與之平行零件在電解槽中均勻排布,４、鍍液分散能力的測(cè)定方法,分散能力的測(cè)定方法,,遠(yuǎn)近陰極法,彎曲陰極法,赫爾槽法,遠(yuǎn)近陰極法測(cè)定分散能力的鍍槽,彎曲陰極法測(cè)定分散

10、能力的裝置,赫爾槽,測(cè)定分散能力的陰極試樣,,§3.3 鍍液的覆蓋能力,是電解液使零件深凹處沉積金屬鍍層的能力。,覆蓋能力（深鍍能力）：,覆蓋能力的影響因素,,基體金屬本性的影響,基體金屬組織的影響,基體金屬表面狀態(tài)的影響,基體金屬表面粗糙度的影響,電流的分布,ｊ極限／ｊ臨界,,臨界電流密度：在電鍍過(guò)程中要使陰極沉積出金屬，陰極電勢(shì)必須達(dá)到某一最小值，它所對(duì)應(yīng)的電流密度稱為臨界電流密度。,鍍鉻電解液的覆蓋能力最差，并且因基體

11、金屬的不同而不同：銅＞鎳＞黃銅＞鋼,改善覆蓋能力的方法,沖擊鍍中間鍍層,注意,析氫過(guò)電位低的基體金屬，金屬就不容易析出，所以若基體金屬組織不均勻或其表面含有降低氫過(guò)電位的金屬雜質(zhì)．則此表面就可能沒(méi)有鍍層。基體金屬表面不潔部位沉積困難基體金屬表面粗糙度大沉積困難,注意,通常，分散能力好的鍍液，其覆蓋能力也好但覆蓋能力好的鍍液，其分散能力不一定好,覆蓋能力的測(cè)定方法,,直角陰極法,內(nèi)孔法,凹穴法,直角陰極法測(cè)覆蓋能力,內(nèi)孔法實(shí)驗(yàn)裝置

12、圖,鍍?nèi)肷疃扰c孔徑之比,凹穴法測(cè)覆蓋能力,赫爾槽和特納槽試驗(yàn),赫爾槽,赫爾槽和特納槽試驗(yàn),特納槽,§3.4 鍍液的整平能力,整平劑的概念整平劑的特點(diǎn)整平劑的作用機(jī)理酸銅鍍液的光亮劑,電解液所具有的能使鍍層的微觀輪廓比底層更平滑的能力。,電解液的整平作用：,,微觀輪廓—指粗糙度小于0.5毫米的表面宏觀輪廓—指復(fù)雜形狀的零件表面,注意,鍍液的分散能力是指在宏觀輪廓表面上的沉積分布情況，是宏觀分散能力鍍液的整平能力是指在

13、微觀輪廓表面上的沉積分布情況，是微觀分散能力,,例如硫酸鹽鍍銅溶液宏觀分散能力差，但整平能力強(qiáng)，能填平基體表面的微觀孔穴氰化物鍍銅宏觀分散能力強(qiáng)，但整平能力差，不能填平基體表面的微觀孔穴，甚至加深微觀孔穴,添加劑的整平作用,整平劑及整平機(jī)理,概 念,整平機(jī)理,擴(kuò)散理論,記憶理論,,,,,,半光亮及光亮鍍鎳,,酸性光亮鍍銅,三類整平,,幾何整平,負(fù)整平,正整平,影響整平能力的主要因素,整平劑脈沖電流,1、整平劑的概念,

14、能使金屬電沉積的結(jié)果在微觀粗糙度 表面上產(chǎn)生正整平作用的添加劑。,整平劑：,三種類型的整平作用,2、整平劑的特點(diǎn)＊＊,能強(qiáng)烈地阻化陰極過(guò)程，使陰極極化提高50~120毫伏，而光亮劑只能使陰極極化提高 10~30毫伏能夾雜在鍍層中或在陰極上還原而被消耗整平劑在峰處的吸附量大于谷處的吸附量,3、整平劑的作用機(jī)理,整平劑（極化劑、阻化劑）：擴(kuò)散理論——光亮及半光亮鍍鎳的整平作用去極化抑制劑（去極化劑、促進(jìn)劑）：記憶理論—

15、—硫酸銅鍍銅的整平作用,擴(kuò)散理論——光亮及半光亮鍍鎳的整平作用,,,,,,峰,谷,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,整平劑,,波峰處電流密度小；波谷處的電流密度大,波峰出沉積金屬少，鍍層??；波谷處金屬沉積多，鍍層厚,,,旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極研究整平作用,,,,,,擴(kuò)散層的有效厚度,擴(kuò)散系數(shù),動(dòng)力粘度,旋轉(zhuǎn)角速度,幾何整平：,負(fù)整平：隨,i,與,ω,無(wú)關(guān),正整平：隨,負(fù)整平：隨

16、,ω,增加,增加,i,ω,增加,減小,恒電勢(shì)下＊＊,,i,恒電位下,整平是添加劑的擴(kuò)散控制所致,伏安溶出分析法評(píng)價(jià)整平能力,,Cu,Cu,掃速一定，溶解峰面積與平均析出速度成正比,(2)記憶理論——硫酸銅鍍銅的整平作用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,開(kāi)始,其后,去極化抑制劑,,,根據(jù)記憶理論描繪的硫酸銅光亮鍍銅的整平作用示意圖,由記憶效應(yīng)