1、第二章 金屬電沉積原理,第二章 金屬電沉積原理,金屬離子還原的可能性 獲得金屬鍍層的可能性 影響因素 析出電位 與H+/H2 的析出電位的關(guān)系 電鍍層的質(zhì)量,表1 金屬離子電沉積的可能性,第一節(jié) 電鍍?nèi)芤阂弧⒔M成,主鹽 絡(luò)合物 導(dǎo)電鹽 緩沖劑 陽極活化劑 添加劑（細(xì)化晶粒、整平、潤濕等）,第一節(jié) 電鍍?nèi)芤憾?、類?1、單鹽鍍液（水合離子） io 小，結(jié)晶細(xì)致，添加劑可起到整平和光亮作用 io 大，結(jié)晶粗糙疏松，必須加入添加劑才可獲得結(jié)晶細(xì)致的鍍層 2、鉻酸鍍液（Cr2O72- 和CrO42- 離子）,第一節(jié) 電鍍?nèi)芤憾?、類?3、絡(luò)合物鍍液（絡(luò)離子） 氰化物鍍液 氫氧化物（羥基絡(luò)合物）鍍液 焦

2、磷酸鹽鍍液 檸檬酸鹽鍍液 酒石酸鹽鍍液 （絡(luò)合劑的游離量）,第一節(jié) 電鍍?nèi)芤憾?、類?Zn2+，Zn(NH3)42+，Zn(CN)42- o(Zn2+/Zn)= -0.763V oZn(CN)42-/Zn=o(Zn2+/Zn) -(0.05916/2)lgKZn(CN)42-= -1.26V oZn(NH3)42+/Zn= -1.03V,第二節(jié) 金屬沉積的電極過程一、基本歷程,液相傳質(zhì)（電遷移，擴散，對流） 前置轉(zhuǎn)換（配位體轉(zhuǎn)換，配位數(shù)、水化數(shù)降低） 電子轉(zhuǎn)移（形成吸附原子） 形成晶體（表面擴散到生長點或形成晶核）,第二節(jié) 金屬沉積的電極過程二、金屬離子放電的位置,晶面 棱邊 扭結(jié)點 缺口 孔

3、穴,第二節(jié) 金屬沉積的電極過程三、電極反應(yīng)與極化,1、單鹽鍍液中金屬離子的還原 水化層的重排和水化數(shù)的降低 金屬離子的還原 進入晶格,第二節(jié) 金屬沉積的電極過程三、電極反應(yīng)與極化,2、絡(luò)鹽鍍液中金屬離子的還原 配位體轉(zhuǎn)換 配位數(shù)降低 電子轉(zhuǎn)移 進入晶格,第二節(jié) 金屬沉積的電極過程三、電極反應(yīng)與極化,3、陽極的溶解 鈍化 自溶解 不溶性陽極,第三節(jié) 金屬的電結(jié)晶,吸附原子到生長點并入晶格，在原有基體金屬的晶格上生長 吸附原子相互聚集形成晶核，成為新的生長點,第三節(jié) 金屬的電結(jié)晶一、過電位在電結(jié)晶中的意義,1、過飽和度在結(jié)晶過程中的作用 結(jié)晶的必要條件 影響形核速度和晶核長大的速度 2、過電位在電

4、結(jié)晶過程中的作用 平衡電位 過電位,第三節(jié) 金屬的電結(jié)晶二、形核理論,二維平面生長理論 過電位控制晶體生長,第三節(jié) 金屬的電結(jié)晶三、螺旋位錯生長理論,表面擴散步驟控制晶體生長,第三節(jié) 金屬的電結(jié)晶四、大電流時晶體的生長,電子轉(zhuǎn)移步驟控制晶體生長,第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力,Throw power：使鍍層在宏觀輪廓面上均勻分布的能力 Cover power：使工件的低凹處和孔腔內(nèi)的表面沉積上鍍層的能力 鍍層的分布與電流的分布和電流效率的高低兩方面因素有關(guān),第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力一、電流在陰極上的分布,1、初次電流分布（無極化） I1 = V/R1 I2 = V/R2 I1

5、 / I2 = R2 / R1 = L2 /L1 = K 只表示幾何因素的影響只適合極化很小的鍍液,第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力一、電流在陰極上的分布,2、二次電流分布（有極化） 兩個回路的電壓相等（V1 = V2） I1R1+(A-1)=I2 R2+(A 2) I1R11=I2 R22 即：12=I1R1I2R2 R=L/S； I=DS 12=D1L1D2L2,續(xù), L2 = L1+L 12 = D1L1 D2 L1 D2L 令： =12；D = D1 D2 = D2L L1D /(D) = D2L/D L1 /(D) + L1= D2L/(D1 D2 ) , 得： 影響電流二次分布

6、的因素： L /D L1 ,第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力二、金屬鍍層在陰極上的分布,電流的消耗去向： 金屬電沉積 析出氫氣 其他副反應(yīng) 金屬鍍層的分布: 電流效率與電流密度的關(guān)系有三種： 影響??；更均勻；更不均勻,第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力三、鍍液分散能力的測量,1、遠(yuǎn)近陰極法（稱重法）范圍：100% -100% 2、彎曲陰極法（測厚法）,第四節(jié) 電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力四、鍍液的覆蓋能力及測量,析出電位 基體材料的性質(zhì)析氫過電位增大Pt,Pd,Ni,Fe,Ag,Cu,Zn,Sn,Hg,Cd,Pb 金屬析出過電位增大 基體材料的表面狀態(tài),續(xù),測量方法 直角陰極法適用于鍍鉻

7、液 內(nèi)孔法適用于覆蓋能力好的鍍液 凹穴法,第五節(jié) 梯形槽的應(yīng)用一、梯形槽陰極上的電流分布,1000mLDk = I (3.2557-3.0451 lgL) 267mLDk = I (5.1019-5.2401 lgL) 250mLDk = 1.0680 I (5.1019-5.2401 lgL),第五節(jié) 梯形槽的應(yīng)用二、梯形槽試驗,電流：一般1A；光亮2A；鍍鉻5A 時間：510分 范圍：0.648.26cm；2.53.5cm 也可用于計算T.P.（測量厚度）,第五節(jié) 梯形槽的應(yīng)用三、梯形槽的改進,側(cè)面開孔 帶孔隔板 特那槽,第六節(jié) 鍍液的整平作用(Leveling Power),可填平金屬表

8、面的微觀粗糙（ 0.5mm）由電流和金屬在微觀表面上的分布所決定，又稱為微觀分散能力。與宏觀分散能力的差別： 峰谷等電位 擴散層沿外輪廓面的不均勻分布,第六節(jié) 鍍液的整平作用一、整平作用的形式,幾何整平（峰=谷）谷深有所減小 負(fù)整平（峰谷）谷深加深 正整平（峰谷）谷深減小,第六節(jié) 鍍液的整平作用二、整平作用的機理,1、整平劑的特點 強烈吸附，極化阻抗大，提高陰極過電位； 被還原或夾雜在鍍層里，峰上的消耗大于谷中的消耗； 受擴散過程控制，峰上的吸附大于谷中的吸附。,續(xù),2、整平劑的擴散控制理論要點：整平劑的極限擴散速度：JL=D CO / 峰上擴散速度快，吸附多，極化阻抗大，電流密度小，金屬沉積量少，谷中的情況正好相反，從而起到整平作用。,續(xù),3、整平能力實驗 攪拌相當(dāng)于峰；不攪拌相當(dāng)于谷。 （1）無整平劑 小電流：D峰 D谷 ，幾何整平 大電流：D峰 D谷 ，負(fù)整平 （2）有整平劑 極化增大，峰上更大 D峰 D谷 ，正整平,續(xù),4、有整平能力的鍍液的特點 整平劑受擴散步驟控制 電沉積受電子轉(zhuǎn)移步驟控制,第六節(jié) 鍍液的整平