第三章-电镀和化学镀.pptVIP

第5章 表面薄膜层技术 薄膜的特征与分类 概念：薄膜是一类用特殊方法获得的，依靠基体支撑并具有与基体不同的结构和性能的二维材料。 薄膜特征： 1）厚度 （纳米，微米，毫米） 2）有基体支撑（不是单独存在的） 3）特殊的结构和性能（与块体材料相区别） 4）特殊的形成方式（缺陷及内应力） 种类： （1）以材料种类划分：金属、合金、陶瓷、半导体、化合物、高分子薄膜等。 （2）以晶体结构划分：单晶、多晶、纳米晶、非晶 （3）以厚度划分：纳米薄膜，微米薄膜和厚膜。 （4）以薄膜组成结构划分：多层薄膜，梯度薄膜， 复合薄膜。 应用： 防护功能薄膜、光学薄膜、微电子薄膜、光电子学薄膜、集成电路薄膜。 薄膜的制备方法 薄膜的制备方法可分为：液相法和气相法 液相法：电镀、电刷镀和化学镀 气相沉积技术分为：物理气相沉积和化学气相沉积。 物理气相沉积：（PVD) (1)真空蒸镀 (2)溅射镀膜 (3)离子镀膜 化学气相沉积：(CVD) (1)常压、低压CVD (2)等离子辅助CVD (3)激光（电子束）辅助CVD (4)有机金属化合物CVD 5.1 电镀 电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。 电镀原理：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。 金属的电镀过程 当直流电通过两电极及两极间含金属离子的电解液时，金属离子在阴极上还原沉积成镀层，而阳极氧化将金属转移为离子。 如图所示，在硫酸铜溶液中插人两个铜板，并与直流电源相接，当施加一定电压时，两极就发生电化学反应。 Cu2+(溶液内部)→Cu2+（阴极表面） Cu2+（阴极表面）+2e-→Cu(金属) 电镀的目的：是改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。 镀层一般为几微米到几十微米厚。 电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，成本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。 镀层种类很多，按使用性能分类，可分为： ①防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。 ②防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，亦有防护性。 ③装饰性镀层：例如Au及Cu—Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。 ④耐磨和减磨镀层:例如硬铬，Ni—SiC，Ni-石墨，Ni-PTFE复合镀层等。 ⑤电性能镀层: 如Au，Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。 ⑥磁性能镀层:例如Ni-Fe，Fe-Co ， Co-P，Co-Ni，Co-Ni-P等。 ⑦可焊性镀层:例如Sn-Pb，Cu，Sn，Ag等镀层。可改善可焊性，在电子工业中广泛应用。 ⑧ 耐热镀层:例如Ni-W，Ni，Cr镀层，熔点高，耐高温。 ⑨修复用镀层:一些造价较高的易磨损件，或加工超差件，采用电镀修复尺寸，可节约成本，延长使用寿命。例如可电镀Ni，Cr，Fe层进行修复。 5.2 电镀溶液 电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。 电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。 非水溶液、熔融盐电镀虽已部分获得工业化应用，但不普遍。 电镀溶液 一种电镀溶液有固定的成分和含量要求，使之达到一定的化学平衡，具有所要求的电化学性能，才能获得良好的镀层。通常镀液由如下成分构成。 1.?主盐。沉积金属的盐类，如硫酸铜、硫酸镍等。 2.?配合剂。配合剂与沉积金属离子形成配合物，改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要成分。常用配合剂有氰化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。 3. 导电盐。其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压提高工艺电流密度.例如镀镍液中加入Na2SO4。导电盐不参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。 4.?缓冲剂。在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺参量。加入缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以便在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有较好的效果，一般加入30～40g／L，例如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。 5. 阳极活化剂。在电