2011 电镀工艺学第7章 7.1 高速电镀.pptVIP

7.1 高速电镀 一、高速电镀的特点 高速电镀定义 高速电镀优点: 明显地提向生产率 缩小厂房面积 省力 改善工厂环境 能够采用低浓度镀液而不降低原来的电镀速度 废水中的重金属能够回收 二、电镀过程及高速电镀的实现 被还原金属离子自溶液本体向电极面传输的过程，即物质迁移过程； 电极表面金属离子脱水获得电子成为原子的过程，即得电子过程； 被还原后的原子组成适当形式的结晶而形成镀层的过程，即晶格化过程。 串联过程 速度最慢的步骤决定电镀速度 物质迁移过程的影响 扩散、电迁移、对流 扩散为主时 若使Jd增大，就应增大D及C，减小δ。 提高扩散极限电流密度措施 (1)使用扩散常数大的盐类 例如在使用镍盐时。氯化镍的扩散常数约为同浓度硫酸镍扩散常数的两倍. (2)增大金属离子浓度 极限电流密度与浓度的一次方成正比，所以，采用高浓度金属离子溶液对电镀高速化是极有效的手段，但其缺点是溶液的带出量增多，而且在停镀时有金属盐类析出。 (3)升高镀液温度 使用高温镀液，虽然可以增大扩散常数，提高金属盐的溶解度，得到高离子浓度的溶液，同时，也降低动粘度系数，从而得到高极限电流密度，但缺点是增加了热能的消耗。 D与绝对温度T之间存在如下关系 : (4)使用高频间歇电流 因为?在电解开始时相当薄，到一定时间后则保持不变。因此，可考虑采用脉冲电镀，即在电解初期通以大电流，然后切断电流使扩散层消失，再继续通以短时间的大电流。然而，上述方法通电时间短，断电时间长，从高速电镀的角度考虑不大实用。脉冲镀之所以引人注日是因为采用这种方法有助于改善镀层性能。 (5)激烈搅拌溶液 在其他的电解条件不变的情况下，欲增加极限电流密度。唯一的办法是加强溶液的搅拌。为增加电极表面与邻接的电解液之间的相对移动速度，可采用溶液强制流动法和电极自转动的方法。 提高镀速的关键是在于提高允许的极限电流密度，其主要措施之一是减少扩散层有效厚度δN。 当电解液的组成、温度、电极形状等固定时，放电离子浓度CT、T离子扩散系数DT、动力学粘度ν、电极长度X都是常数，只有流速可变，并且Jd∝V1/2。在这种情况下要提高Jd，只有提高切向流速V。 要使溶液呈现出湍流状态，关键问题是要使流速超过临界速度，则层流就会变成湍流。 1.当VV临，流体只能是层流，即或在管子的入口处是湍流，以后也会变成层流； 2.当VV临′,则只可能是湍流，即或在管子的入口处是层流，以后也会变成湍流； 3.当V临VV临′，即流速界于上下流速之间，则层流与湍流两种情况都可能出现，且是不稳定的，层流可能被管内壁的凸起偶然破坏而变为湍流。 μ为流体的粘度；ρ为流体的密度；d是管子直径；C、C′为常数 Re。 电镀液的动力学粘度v可由实验测得。结果表明，喷射速度必须大于1m/s才能产生湍流。实际上为了稳妥些，流速应取得更大些。 极限电流密度的测量 采用示踪原子法，也就是向镀液添加一定量的比放电金属离子电位正的金属离子，在不同的电流密度下，用其沉积速度的变化来求得极限电流密度。 80g/LZn2+,135g/L H2SO4,温度为50℃条件下流速与极限电流密度、扩散层厚度、雷诺数的关系。 二、高速电镀的各种方法 阴极表面电解液强制流动、在电解液中移动阴极、在电解液中摩擦电极表面、脉冲电镀等方式来进行. (1)平行流动法 所谓平行流动法，即阴、阳极之间保持一定的窄狭间距，电解液从狭缝中高速通过而进行连续电镀的方法。 本法要求流速为2.4m/s以上的紊流，有时也采用6m/s的流速。不需使用特殊镀液，—般镀液即可。采用此法所得电镀速度如下: 镀铜、镍、锌25~100?m/min 镀铁25?m/min 镀金18?m/min 镀铬12?m/min (2)喷流法 喷流法原理如图7-11所示。该法是将电解液通过喷嘴连续喷流到阴极表面进行电镀的方法。该法特点是能局部使用高电流密度。目前局部高速电镀法主要应用于电子元器件如印刷线路底板触头或半导体器件的焊接点电镀，现在己开发专用设备。根据硫酸铜镀铜试验，喷流法的极限电流密度大体上与流速的平方根成正比，这说明流动属层流范畴。 (3)超声波照射法 这是一种在镀液中导入超声波振荡，—边向阴极表面照射超声波—边进行电镀的方法。超声波在前处理除油方面用得相当多，但在电镀方面尚末得到工业应用。这是因为超声波是一种频率高、振幅小的振动，很难得到大的能量。而且由于超声波属直线传播，很难照射到整个电镀表面；另外，由于镀层种类的不同，超声波照射常出现镀层条纹