影响镀层厚度分布均匀性的因素：镀液性能因素-阴极上的电流分布.docVIP

影响镀层厚度分布均匀性的因素：镀液性能因素-阴极上的电流分布 当只考虑几何因素对阴极电流分布的影响时，称为“一次电流分布”；若同时考虑电化学因素的影响，则称为“二次电流分布”。电流分布不等于金属分布，因为后者还与不同阴极电流密度时的电流效率有关。在此，先讨论二次电流分布的影响因素，即不考虑阴极电流效率影响的问题。显然，此时工件上的阴极电流密度分布越均匀，则镀层厚度分布越均匀。 ? 2．2．1 几个概念 ? 2．2．1．1 远阴极与近阴极 ? 将一个工件装挂于阴极杆上，同一个阴极工件的不同部位到阳极的距离不可能完全相同(与工件装挂方式及其本身形状和复杂程度有关)。离阳极最近的一点(或线、面)称为“近阴极”，其与阳极的距离以k表示；离阳极最远的一点(或线、面)称为“远阴极”，其与阳极的距离用，抚表示。 ? 2．2．1．2 远近阴极距离差 ? 远、近阴极与阳极距离之差，称为远近阴极距离差，以△l表示，则△l=l远—l近。 ? 2．2．1．3 镀液的电导率 ? 镀液为正负离子导电，是第二类导体，它也存在电阻。镀液单位体积(边长为1 cm的正方体，即l cm3)的电阻称为镀液的电阻率，以p表示。电阻的倒数称为电导，电阻率的倒数二则为电导率，单位为“西门子／厘米”(S／cm)。电流通过电阻时会产生电压降。平时所说的“槽电压”就是电流通过镀液、阴极杆与挂具、挂具与工件及阳极相关部分总串联电阻的电压降。镀液的电导率越高，则槽电压越低。整流器的输出电压要高于槽电压，其差值则为汇流排、汇流排与阴阳极杆接触电阻、汇流排与整流器输出板接触电阻等“外电阻”的电压降。若汇流排(或软线)面积过小、接头太多或接头接触不良，外电路上发热量大，直流损耗也就大。当阴阳极杆的截面积过小时，也有压降损失，两个端头测得的槽电压会有差别。将直流回路上的电压损失尽量降低，是必要的节能措施。滚镀时，浸入镀液中滚筒孔眼的总表面积为镀液的导电面积。若滚桶孔眼过小、开孔率过低，该值则很小，槽电压很高，槽液发热快，甚至整流器开至最大，电流也上不去。如镀亮镍，、挂镀时选用12 V整流器已可，而滚镀一般应选l5～18 V的才行。 ? 2．2．1．4 阴极极化度 ? 阴极极化度为阴极极化曲线的斜率，在第四讲已作过介绍。 ? 2．2．2 影响二次电流分布的因素 ? 设近阴极的电流密度为Jk,近，远阴极的电流密度为Jk,远，则可推导出下述公式： ? ? (1)当时，则Jk,近=Jk,远，即远、近阴极的电流密度相等，其上镀层厚度相同，分散能力最好。但实际上不可能办到，只能希望该比值越接近于l越好。为此，式(1)右边第二项越接近于零或越小就越好，即分子越小或分母越大就越好。分母中又有两项，一为k，二为。后者为电化学因素：阴极极化度越大越好，镀液电导率越大越好。阴极极化度与添加剂、配合物电镀的配合状况等有关，而提高电导率可通过加入导电盐、调整pH等来实现。 ? 需重点讨论的是几何因素△l与l近，因为它们与生产实际中正确地装挂工件及设计挂具、镀槽等密切相关。 ? 2．2．2．1 远近阴极距离差△l越小越好 ? 对于平板件的装挂，有如图l所示A、B、C三种挂法：A为板平面与阴极杆平行，此时△l最小，仅为板厚度的ll2，但挂件数最少；8为倾斜一定角度，随着倾角不同，△l也不同，装挂量比A大；c为板平面与阴极杆垂直，此时出最大，为板宽度的l／2，但装挂量最大。从分散能力的角度讲，A最好，C最差。实际生产中，不少人为了挂得多，不愿采用A挂法，而选择8甚至C挂法，这是不懂电镀原理的表现。 ? 图1工件装挂方式 Figure l Methods for loading workpiece ? A挂法虽一次装挂少，但镀速最快，整板亮度最均匀，可能5 min能取一槽。而8特别是C挂法会有以下问题： ? (1)电流不敢开大，否则近阴极处易烧焦。 ? (2)因分散能力差，镀层厚度相差大，要保证板中间部位的最低厚度，边上部分就要镀很厚，加之平均电流密度不能大，故要镀很长时间，甚至一个多小时，浪费了镀层金属，想快反而快不起来。 ? (3)对于任何光亮性电镀，阴极电流密度越小处光亮整平性越差，最后整板亮度不均匀。譬如板件氯化物镀锌后若彩钝，板周边附近色泽鲜艳但中间部分色淡甚至灰暗；蓝白钝时周边蓝度好，但中间部位发黄、发花。 ? (4)引发其他问题，甚至造成返工。例如光亮酸铜前预镀暗镍或铜，预镀层都薄，中间部位更薄，再镀酸铜时，中间部位阴极电流密度又小，电沉积速度可能小于通过高孔隙的置换速度，造成中间部位因严重置换而发花、起泡、脱皮。 ? A挂法一般用两个挂钩，B、C挂法虽只用一个挂钩，但采用阴极移动时，工件摇来晃去，可能发生重叠而导致不合格。因此，快、省、