2.电沉积原理

第二章 金属电沉积原理
第二章 金属电沉积原理
金属离子还原的可能性 2. 获得金属镀层的可能性 影响因素 析出电位 与H+/H2 的析出电位的关系 电镀层的质量
1.
表1 金属离子电沉积的可能性
IA IIA III B IV B VB VI B VII B VIII IB IIB III A IV VA A VI A VII A
续
2。阳极溶出法
As Ar L.P. 100% As
Qs Qr L.P. 100% Qs
3。金相法

第五节 梯形槽的应用 三。梯形槽的改进
侧面开孔 带孔隔板 特那槽

第六节 镀液的整平作用 (Leveling Power)

1.
2.
可填平金属表面的微观粗糙（< 0.5mm） 由电流和金属在微观表面上的分布所决 定，又称为微观分散能力。 与宏观分散能力的差别： 峰谷等电位 扩散层沿外轮廓面的不均匀分布

第二节 金属沉积的电极过程 一、基本历程
液相传质 （电迁移，扩散，对流） 前置转换 （配位体转换，配位数、水化数降低） 电子转移 （形成吸附原子） 形成晶体 （表面扩散到生长点或形成晶核）

第二节 金属沉积的电极过程 二、金属离子放电的位置
晶面 棱边 扭结点 缺口 孔穴
二
Li
Be M g Ca Sc 红色区域：氰化物溶液中可以电沉积 红色和黄色区域：单盐水溶液中可以电沉积
B
C
N
O
F
三
Na
Al
Si
P
S
Cl
四
K
Ti
V
Cr
M n Tc
Fe
Co
Ni
Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
五
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
M o
Ru Rh
Pd
Ag Cd
In
Sn
Te
Te
I
六
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W

第二节 金属沉积的电极过程 三、电极反应与极化
1、单盐镀液中金属离子的还原 水化层的重排和水化数的降低 金属离子的还原 进入晶格
第二节 金属沉积的电极过程 三、电极反应与极化
2、络盐镀液中金属离子的还原 配位体转换 配位数降低 电子转移 进入晶格
第二节 金属沉积的电极过程 三、电极反应与极化
Re
Os
Ir
Pt
Au Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
第一节 电镀溶液 一、组成
1. 2. 3. 4. 5. 6.
主盐 络合物 导电盐 缓冲剂 阳极活化剂 添加剂（细化晶粒、整平、润湿等）
第一节 电镀溶液 二、类型
1、单盐镀液（水合离子） io 小，结晶细致，添加剂可起到整平和 光亮作用 io 大，结晶粗糙疏松，必须加入添加剂 才可获得结晶细致的镀层 2、铬酸镀液（Cr2O72- 和CrO42- 离子）
析出电位 基体材料的性质 析氢过电位增大 Pt,Pd,Ni,Fe,Ag,Cu,Zn,Sn,Hg,Cd,Pb 金属析出过电位增大 基体材料的表面状态

续
测量方法 1. 直角阴极法 适用于镀铬液 2. 内孔法 适用于覆盖能力好的镀液 3. 凹穴法
第五节 梯形槽的应用 一。梯形槽阴极上的电流分布
第一节 电镀溶液 二、类型
3、络合物镀液（络离子） 氰化物镀液 氢氧化物（羟基络合物）镀液 焦磷酸盐镀液 柠檬酸盐镀液 酒石酸盐镀液 （络合剂的游离量）
第一节 电镀溶液 二、类型
Zn2+，[Zn(NH3)4]2+，[Zn(CN)4]2 φo(Zn2+/Zn)= -0.763V φo{[Zn(CN)4]2-/Zn}=φo(Zn2+/Zn) (0.05916/2)lgK{[Zn(CN)4]2-}= -1.26V φo{[Zn(NH3)4]2+/Zn}= -1.03V
续
4。具有整平能力的镀液的特点 整平剂受扩散步骤控制 电沉积受电子转移步骤控制
第六节 镀液的整平作用 三。整平能力的测定
1。转盘电极法 δ =1.62D1/3ν 1/6ω -1/2 DL=0.62nFD2/3ν -1/6ω 1/2Co （1）D与ω 无关，D峰=D谷 ，几何整平 （2）ω ↑D↑， D峰> D谷 ，负整平 （3）ω ↑D↓， D峰< D谷 ，正整平 未考虑电流效率
1000mL Dk = I (3.2557-3.0451 lgL) 267mL Dk = I (5.1019-5.2401 lgL) 250mL Dk = 1.0680 I (5.1019-5.2401 lgL)

第五节 梯形槽的应用 二。梯形槽试验
电流：一般1A；光亮2A；镀铬5A 时间：5~10分 范围：0.64~8.26cm；2.5~3.5cm 也可用于计算T.P.（测量厚度）
第四节 电镀溶液的分散能力和 覆盖能力 三。镀液分散能力的测量
1.
远近阴极法（称重法）
2.
K M T .P. 100 % K M 2 范围：100% ~ -100% 弯曲阴极法（测厚法）
B
T .P.
A
D
A
D
A
3
100%
第四节 电镀溶液的分散能力和 覆盖能力 四。镀液的覆盖能力及测量
2、二次电流分布（有极化） ∵两个回路的电压相等（V1 = V2） ∴I1R1+(φA-φ1)=I2 R2+(φA –φ2) I1R1–φ1=I2 R2–φ2 即：φ1–φ2=I1R1–I2R2 又∵ R=L/S； I=DS ∴ φ1–φ2=D1L1–D2L2
续
L2=L1+ΔL φ1–φ2=D1L1–D2 L1 –D2ΔL Δφ=L1ΔD–D2ΔL Δφ/ΔD= L1– D2ΔL/ΔD ∴ –Δφ/ΔD + L1= D2ΔL/ΔD ∵Δφ<0 ∴–Δφ>0 ∴ L D D
3、阳极的溶解 钝化 自溶解 不溶性阳极
第三节 金属的电结晶
吸附原子到生长点并入晶格，在原有基 体金属的晶格上生长 吸附原子相互聚集形成晶核，成为新的 生长点

第三节 金属的电结晶 一、过电位在电结晶中的意义
1、过饱和度在结晶过程中的作用 结晶的必要条件 影响形核速度和晶核长大的速度 2、过电位在电结晶过程中的作用 平衡电位 过电位

第四节 电镀溶液的分散能力和 覆盖能力 一、电流在阴极上的分布
1、初次电流分布（无极化） I1 = V/R1 I2 = V/R2 I1 / I2 = R2 / R1 = L2 /L1 = K 只表示几何因素的影响 只适合极化很小的镀液
第四节 电镀溶液的分散能力和覆 盖能力 一、电流在阴极上的分布
第三节 金属的电结晶 二、形核理论
二维平面生长理论 过电位控制晶体生长
第三节 金属的电结晶 三、螺旋位错生长理论
表面扩散步骤控制晶体生长
第三节 金属的电结晶 四、大电流时晶体的生长
电子转移步骤控制晶体生长
第四节 电镀溶液的分散能力和 覆盖能力
Throw power： 使镀层在宏观轮廓面上均匀分布的能力 Cover power： 使工件的低凹处和孔腔内的表面沉积上 镀层的能力 镀层的分布与电流的分布和电流效率的 高低两方面因素有关
续
2。整平剂的扩散控制理论要点： 整平剂的极限扩散速度：JL=D CO /δ 峰上扩散速度快，吸附多，极化阻抗大， 电流密度小，金属沉积量少，谷中的情 况正好相反，从而起到整平作用。
续
3。整平能力实验 搅拌相当于峰；不搅拌相当于谷。 （1）无整平剂 小电流：D峰 ≈ D谷 ，几何整平 大电流：D峰 > D谷 ，负整平 （2）有整平剂 极化增大，峰上更大 D峰 < D谷 ，正整平
L1 D 1

D2

1பைடு நூலகம்
D2
1
续
令： Δφ/ΔD ﹥0 得： D1
L 1 1 D2 L1 D
影响电流二次分布的因素： Δ L↓ ↓ Δφ/ΔD ↑ L1 ↑
第四节 电镀溶液的分散能力和 覆盖能力 二。金属镀层在阴极上的分布
电流的消耗去向： 金属电沉积 析出氢气 M 1 D11 其他副反应 ∴金属镀层的分布: M 2 D22 电流效率与电流密度的关系有三种： 影响小；更均匀；更不均匀
第六节 镀液的整平作用 一。整平作用的形式
几何整平（δ峰=δ谷） 谷深有所减小 负整平（δ峰>δ谷） 谷深加深 正整平（δ峰<δ谷） 谷深减小

第六节 镀液的整平作用 二。整平作用的机理
1。整平剂的特点 强烈吸附，极化阻抗大，提高阴极过电 位； 被还原或夹杂在镀层里，峰上的消耗大 于谷中的消耗； 受扩散过程控制，峰上的吸附大于谷中 的吸附。