電沉積原理課件

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?/p>

一、組成主鹽絡(luò)合物導(dǎo)電鹽緩沖劑陽(yáng)極活化劑添加劑（細(xì)化晶粒、整平、潤(rùn)濕等）第一節(jié)電鍍?nèi)芤?/p>

二、類型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?/p>

二、類型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?/p>

二、類型Zn2+，[Zn(NH3)4]2+，[Zn(CN)4]2-φo(Zn2+/Zn)=-0.763Vφo{[Zn(CN)4]2-/Zn}=φo(Zn2+/Zn)-(0.05916/2)

lgK{[Zn(CN)4]2-}=-1.26Vφo{[Zn(NH3)4]2+/Zn}=-1.03V第二節(jié)金屬沉積的電極過(guò)程

一、基本歷程液相傳質(zhì)

（電遷移，擴(kuò)散，對(duì)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(kuò)散到生長(zhǎng)點(diǎn)或形成晶核）第二節(jié)金屬沉積的電極過(guò)程

二、金屬離子放電的位置晶面棱邊扭結(jié)點(diǎn)缺口孔穴第二節(jié)金屬沉積的電極過(guò)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(jìn)入晶格第二節(jié)金屬沉積的電極過(guò)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(jìn)入晶格第二節(jié)金屬沉積的電極過(guò)程

三、電極反應(yīng)與極化3、陽(yáng)極的溶解鈍化自溶解不溶性陽(yáng)極第三節(jié)金屬的電結(jié)晶吸附原子到生長(zhǎng)點(diǎn)并入晶格，在原有基體金屬的晶格上生長(zhǎng)吸附原子相互聚集形成晶核，成為新的生長(zhǎng)點(diǎn)第三節(jié)金屬的電結(jié)晶

一、過(guò)電位在電結(jié)晶中的意義1、過(guò)飽和度在結(jié)晶過(guò)程中的作用結(jié)晶的必要條件影響形核速度和晶核長(zhǎng)大的速度2、過(guò)電位在電結(jié)晶過(guò)程中的作用平衡電位過(guò)電位第三節(jié)金屬的電結(jié)晶

二、形核理論二維平面生長(zhǎng)理論過(guò)電位控制晶體生長(zhǎng)第三節(jié)金屬的電結(jié)晶

三、螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)理論表面擴(kuò)散步驟控制晶體生長(zhǎng)第三節(jié)金屬的電結(jié)晶

四、大電流時(shí)晶體的生長(zhǎng)電子轉(zhuǎn)移步驟控制晶體生長(zhǎng)第四節(jié)電鍍?nèi)芤旱姆稚⒛芰透采w能力Throwpower：

使鍍層在宏觀輪廓面上均勻分布的能力Coverpower：

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(wú)極化）I1=V/R1I2=V/R2

I1/

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(gè)回路的電壓相等（V1=V2）∴I1R1+(φA-φ1)=I2R2+(φA–φ2)I1R1–φ1=I2R2–φ2即：φ1–φ2=I1R1–I2R2∵R=

L/S；I=DS∴φ1–φ2=D1L1–D2L2續(xù)∵L2=L1+ΔL∴φ1–φ2=D1L1–D2L1–D2ΔL令：–Δφ=φ1–φ2；ΔD=D1–D2 Δφ=D2ΔL–

L1ΔD Δφ/(

ΔD)=D2ΔL/ΔD–L1

Δφ/(

ΔD)+L1=D2ΔL/(D1–D2)∴∴得：影響電流二次分布的因素：ΔL↓

↓

Δφ/ΔD↑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(cè)量1、遠(yuǎn)近陰極法（稱重法）

范圍：100%~-100%2、彎曲陰極法（測(cè)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(cè)量析出電位基體材料的性質(zhì)

析氫過(guò)電位增大

Pt,Pd,Ni,Fe,Ag,Cu,Zn,Sn,Hg,Cd,Pb

金屬析出過(guò)電位增大基體材料的表面狀態(tài)續(xù)測(cè)量方法直角陰極法

適用于鍍鉻液內(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1000mL

Dk=I(3.2557-3.0451lgL)267mL

Dk=I(5.1019-5.2401lgL)250mL

Dk=1.0680I(5.1019-5.2401lgL)第五節(jié)梯形槽的應(yīng)用

二、梯形槽試驗(yàn)電流：一般1A；光亮2A；鍍鉻5A時(shí)間：5~10分范圍：0.64~8.26cm；2.5~3.5cm也可用于計(jì)算T.P.（測(cè)量厚度）第五節(jié)梯形槽的應(yīng)用

三、梯形槽的改進(jìn)側(cè)面開孔帶孔隔板特那槽第六節(jié)鍍液的整平作用

(LevelingPower)可填平金屬表面的微觀粗糙（<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(kuò)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（δ峰=δ谷）

谷深有所減小負(fù)整平（δ峰>δ谷）

谷深加深正整平（δ峰<δ谷）

谷深減小第六節(jié)鍍液的整平作用

二、整平作用的機(jī)理1、整平劑的特點(diǎn)強(qiáng)烈吸附，極化阻抗大，提高陰極過(guò)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(kuò)散過(guò)程控制，峰上的吸附大于谷中的吸附。續(xù)2、整平劑的擴(kuò)散控制理論要點(diǎn)：

整平劑的極限擴(kuò)散速度：JL=DCO/δ峰上擴(kuò)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(shí)驗(yàn)攪拌相當(dāng)于峰；不攪拌相當(dāng)于谷。（1）無(wú)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(diǎn)整平劑受擴(kuò)散步驟控制電沉積受電子轉(zhuǎn)移步驟控制第六節(jié)鍍液的整平作用

三、整平能力的測(cè)定1、轉(zhuǎn)盤電極法

δ=1.62