脉冲电沉积技术
金属的电沉积过程课件
金属的电沉积过程课 件
REPORTING
目录
• 电沉积过程简介 • 电沉积的物理化学基础 • 电沉积的工艺与参数 • 电沉积的设备与装置 • 电沉积的实践与应用 • 电沉积过程的优化与控制
PART 01
电沉积过程简介
定义与原理
定义
电沉积是一种通过电解液中的金 属离子在阴极上还原并沉积成金 属的过程。
电解液浓度
浓度对电沉积过程有重要 影响，过高或过低的浓度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
添加剂使用
为了改善电沉积效果，有 时需要添加一些添加剂， 如稳定剂、光亮剂等。
电沉积的工艺条件
电流密度
电流密度的大小直接影响 沉积速率和沉积物的质量 ，需要根据实际情况进行 调整。
温度
温度对电沉积过程有一定 影响，过高或过低的温度 可能导致沉积不均匀或无 法进行沉积。
时间
电沉积时间的长短会影响 沉积层的厚度和致密性， 需要根据实际需求进行控 制。
电沉积参数的影响
电流密度对沉积层质量的影响
01
电流密度过小会导致沉积速率慢，过大则可能导致烧焦或气孔
等缺陷。
温度对沉积层质量的影响
02
温度过高可能导致金属离子水解，过低则可能导致沉积不均匀
。
时间对沉积层质量的影响
03
时间过长可能导致过度沉积或偏析，过短则可能导致沉积不完
金属离子的还原过程
还原反应
在电流的作用下，金属离子获得电子，从阳离子变为金属原子。
形核与生长
新形成的金属原子聚集形成晶核，随后晶核不断生长，形成金属沉积层。
PART 03
电沉积的工艺与参数
电解液的选择与制备
泡沫铜电极脉冲电解法处理含铅废水
从废水 中合理 回收有用的资源一直是废 水处理 的最 高 目标 。电解法处理废水一般无需加入 很多化 学药 品，具有后处理简单 、占地面积小、管理方便 、污
泥量 小，资源有效 回收等优点 ，所 以被称为清 洁处 理 法 。 国外在 电解 法 处理含 铅废 水 已经取 得一 定
［ｂ ］ １４ ９ ， Ｒ ０ ９ ９ ７ Ｐ ＝ ５ ． ５Ａ ＋ 。 ．９ 。 ＝
里
挂鲢 聋垂
１３脉冲电解原理 ． 脉冲 电解所依 据 的电化学 原理 主要是 利用
电流或 电压 的张驰增加 阴极的活化极化和 降低 阴极 的浓差极化 ，从而改善 电解 。在直流 电解 中， 由于
泡沫铜 电极脉 冲 电解 法处理含铅 废水
张 少峰 ， 熙恩 胡
（ 清华大 学 核能与新能源技术研究院，北京 １２ ０ ） ０２ １
摘要 ：实验 采用三维 电极 泡沫铜 作为 阴极材料 ，研 究 了脉冲 电沉积 法处理低浓度酸性含铅 工业模拟废 水的工艺条件 ，
并对各种 影响 因素 包括 电解温度 ，流速 ，脉 冲电源频率 以及脉 冲电源 占空 比进行 了研 究。结果表 明最佳 电解条件为使
用脉冲 电源作为供 电方式 ，频率为１００ ，占空比２ ％，峰 流为１ Ａ，流速 为２ ｍ／，阴阳极距接近零 。铅 离子去除 ０ Ｈｚ ０ ． ６ ２ｃ ｓ
率 （ 回收率 ）可达９％，电流效率比直流电解提 高５ ％以上 。 ９ Ｏ
关 键 词 ：三 维 电 极 ； 沫 铜 ； 冲 电沉 积 ； 铅 废 水 泡 脉 含
・９ ・ ８
能达￣ ８％ 受脉冲 电镀 的启发 Ｊ １４ 。
，在本文 中作
脉冲电镀镍-纳米氧化铝复合镀层及其组织结构与性能表征
脉冲电镀镍-纳米氧化铝复合镀层及其组织结构与性能表征任鑫;李岩帅;冯毅毅;刘耀汉;齐鹏涛;王朝阳【摘要】采用脉冲电镀法在Q235钢上制备了Ni-纳米Al2O3复合镀层.通过正交试验得到最佳工艺条件为:六水合硫酸镍234 g/L,六水合氯化镍30 g/L,硼酸35g/L,十二烷基硫酸钠0.6 g/L,糖精1 g/L,纳米Al2O310 g/L,pH 3.5,电流密度2A/dm2,占空比60%,频率1000 Hz,温度40 ℃,搅拌速率200 r/min,时间60 min.在最佳工艺条件下所得Ni-纳米Al2O3复合镀层表面平整、致密,晶粒细小,弥散分布着纳米Al2O3,显微硬度、耐磨性和耐蚀性都比Ni镀层好.%A Ni-nano-Al2O3composite coating was prepared on Q235 steel by pulse electroplating. The optimal process conditions were obtained by orthogonal test as follows: nickel sulfate hexahydrate 234 g/L, nickel chloride hexahydrate 30 g/L, boric acid 35 g/L, sodium dodecyl sulfate 0.6 g/L, saccharin 1 g/L, nano-Al2O310 g/L, temperature 40 ℃, pH 3.5, current density 2 A/dm2, duty cycle 60%, frequency 1 000 Hz, stirring rate 200r/min, and time 60 min. The Ni-nano-Al2O3 composite coating obtained thereunder is smooth and compact with fine grains and dispersively distributed nano-Al2O3 particles, and has higher microhardness and better resistance to wear and corrosion than a pure Ni coating.【期刊名称】《电镀与涂饰》【年(卷),期】2018(037)005【总页数】4页(P193-196)【关键词】镍;氧化铝;复合镀层;脉冲电镀;微观结构;显微硬度;耐磨性;耐蚀性【作者】任鑫;李岩帅;冯毅毅;刘耀汉;齐鹏涛;王朝阳【作者单位】辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新 123000【正文语种】中文【中图分类】TQ153.2电镀Ni层因具有良好的力学性能和化学稳定性而被广泛应用于汽车、仪器仪表、日用五金等领域[1]。
脉冲技术的应用与发展
１ １ 电化 学光 整加工 ． 现代工 业 的发 展对 工件表 面质 量提 出了更高的 要求 ， 工件 表面质 量不仅 影响产 品 的外观效果 ， 还直
正 因如此 ， 同常规 直流 电镀 相 比 ， 冲电镀有 以 脉
下优点 ： １ 可 改变 镀 层 结 构 ， （） 使镀 层 平 滑 、 和 导 致
用 以 Ｎ Ｎ 主的钝化 型中性 电解 液 ， 圆柱形 ４ ａＯ 为 对 ５
钢进行 脉 冲光整加 工 ， 用 的脉 冲电 源其 脉 冲频 率 所 为 １ Ｈｚ ２ Ｈ ， 冲宽 度为 １０ ｓ ８０ ｓ ０ｋ 一 ０ｋ ｚ脉 ０ 一 ０ 。
在电镀领域 ， 与直 流 电镀 相 比较 ， 冲 电镀技 术 脉 能改 变金属离 子 的电沉 积过 程 。脉冲 电镀 可通 过控
展进 行介 绍 。 １ 脉冲比及 平 均 电 流密 度 等参 数 ， 电 通 使
沉积过 程在很宽 的 范 围 内变 化 ， 而在 某种 镀 液 中 从 获得具 有一定特 性 的镀 层 。
Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｅ ａ ｐ ｉａｉｎ ｏ ｕｌｅ—ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ Ｃｈ ｎ ｓｉ ｔｏ ｕ ｅ ． ｅ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｓｒ ｃ Ｔｈ ｐ ｌ ｔｏ ｆｐ ｓ ｃ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ Ｔｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｎ ｅ ｅ ｏ — ｍｅ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｎ ｔ ｅｄ ｏ ｕ ｆｃ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｉ ｃｕｄ ｎ ｈ ｒ ｔｅ ｔ ｎ ｒ ｃ ｓ ，ｈ ｔｌ— ｎ ｆｔ ｔｃ ｎ ｌｇ ｉ ｈｅ ｆ ｌ ｆｓ ｒａ ｅ ｔｅ ｔ ｎ ，ｎ ｌ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｅｒ ａｍｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓ ｔｅ ｍｅａ ｈｅ ｙ ｉ ｐ ａｉｇ ａ ｄ ｍｅ ａ ｌ ｙ ｔｃ ｏｏ ， ｒｎ ｅ ｉｃ ｉ ｂ ａ ｄ ｐ ａｉ ｇ， ｎ ｄ ｚｎ ｒ ｃ ｓ ｎ ｎ ｌｔｎ ｎ ｔｌａｌ ｅ ｈｎ ｌｇ ｐ ｉ ｔｄ ｃｒ ｕ ｔ ｏ ｒ ｌｔｎ ａ ｏ ｉｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ， ａ ｏ— ｌｖ ｌｃ ａ ｉｇ ｏ ｙ ｅ ｅ ｏ ｔ ｎ ｐｌｔ ｇ ａ ｄ ｗａ ｔｗａｅ ｒ ａｍｅ ｔａ ｅｍａｎ ｙ ｉｔｏ ｕ ｅ Ｔｈ ｏ ｄ ｐ ｏ ｐ ｃｓｏ ｅ ｐ ｌｅ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｅ ａｉ ｎ ｓｅ ｔｒｔｅ ｔ ｎ ｒ ｉ ｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ． ｅｇ ｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆｔ ｕ ｓ ｅ ｈ ｏｏ ａ ｅｒ — ｎ ｈ ｙ ｖ ａｅ ｅ ｌｄ．
电沉积方法制备纳米晶Ni_W合金工艺研究
V o.l 38 No .2 A pr .2009 SURFACE TECHNOLOGY电沉积方法制备纳米晶N i W 合金工艺研究吴化1,韩双1,吴一2(1.长春工业大学材料科学与工程学院,吉林长春130012;2.空军航空大学基础部,吉林长春130022)[摘 要] 为了进一步优化镀液成分和工艺参数,为制备W 含量可在较大范围内变化的块状纳米晶N i W 合金提供依据,采用不含任何氨根离子(NH +4)的镀液通过电沉积方法制备纳米晶N i W 合金镀层。
采用XRD 、SEM 和EDS 对镀层的结构、形貌和成分进行观察和分析。
结果表明:电沉积过程中电流密度、电源类型、p H 值及搅拌方式对镀层的W 含量都会产生较大的影响。
试验中所得到的N i W 合金镀层的W 含量为2.15%~30.31%(质量分数),其结构均为W 溶于N i 晶格所形成的置换式固溶体,平均晶粒尺寸为14~19n m;随着镀层中W 含量的增加,镀层的显微硬度也随之逐渐提高。
[关键词] N i W 合金;纳米晶;电沉积[中图分类号]TQ 153.2[文献标识码]A[文章编号]1001-3660(2009)02-0065-05Study on Process Cond iti ons of E lectrodepositi on of N anocrystalli ne N i W A ll oysWU H ua 1,HAN Shuang 1,WU Yi2(1.Depart m ent o fM aterial Sc i e nce and Eng i n eeri n g ,Changchun Un iversity of Techno logy ,Changchun 130012,Ch i n a ;2.Depart m ent of Foundation ,The A ir Force A v i a ti o n Un iversity ,Changchun 130022,Ch i n a)[A bstract] I n order to opti m ize the bath co m positi o n and process para m eters ,a lso to provide a basis for prepar i n g bulk nanocrystalline N i W all o ys w ith w ide content range ofW,plati n g bath w ithout any for m s o fNH +4w as utilized to synthesize nanocrystalli n e N i W coa ti n g .XRD (X ray d iffracti o n),SE M (scann i n g electr on m icroscope)and EDS(en er gy dispersi v e spectroscopy)w ere used to characterize the structure ,surface m orphology and co m positi o n o f t h e coating .The resu lt sho w s that current density ,po w er type ,p H value and ag itati o n conditi o n have si g nificant effect on theW con tent of the coati n g .The W content o f the N i W coati n g obta i n ed is 2.15% 30.31%(m ass fraction).The N i W coati n g is a disp lace m ent solid solution m ade up o f so l v entN i and so l u teW,w ith the average gra i n size of 14~19n m.W it h the i n creasi n g of the W conten,t t h e m icrohardness o f the coati n g also increases .[Key w ords] N i W a ll o ys ;Nanocr ystalli n e ;E lectrodepositi o n[收稿日期]2008-11-19[作者简介]吴化(1957-),男,吉林长春人,教授,博士,研究方向为材料表面改性、材料强韧化。
污水处理中的电沉积与金属回收
该技术适用于处理各种重金属离子，如铜、镍、锌等，具有较高的回收率和较低的 成本。
该厂通过优化电沉积工艺参数，提高了金属回收率和降低能耗，取得了良好的经济 效益和环境效益。
成功案例的经验总结
针对这一问题，该厂应加强设备维护 和保养，确保设备正常运行；同时优 化电沉积工艺参数，提高金属回收率 和降低能耗。
06
结论与建议
研究结论
01
02
03
04
电沉积技术可以有效回收污水 处理中的重金属，如铜、镍、
锌等，实现资源化利用。
电沉积过程中，电流密度、电 解液成分和温度等因素对金属
回收率有显著影响。
选择合适的电沉积技术
根据废水中的金属种类和浓度，选择合适的电沉积技术和电极材料， 确保较高的金属回收率和较低的能耗。
优化工艺参数
通过实验和实际运行数据，不断优化电沉积的工艺参数，如电流密度 、电解液浓度、温度等，以提高金属回收率和降低能耗。
严格控制废水质量
确保进入电沉积系统的废水质量稳定，避免因水质波动导致金属回收 率下降或设备损坏。
04
开展实际应用案例研究，将电沉积技术应用于大规模污水处理工程中 ，验证其可行性和经济效益。
THANKS
感谢观看
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物理法
利用金属的物理性质差异 进行分离，如重力、磁力 等。
化学法
通过化学反应使金属离子 还原成金属单质，如电解 、沉淀等。
生物法
利用微生物或酶的生物活 性进行金属回收，如生物 吸附、生物转化等。
金属回收在污水处理中的应用
1 2 3
电化学方法和原理
电化学方法和原理
电化学是研究电流和化学反应之间关系的分支学科，其核心原理是将化学反应中的电子转移通过外电路来实现，从而使反应过程发生变化。
电化学方法包括电解法、电沉积法、电化学合成法、电化学分析法和脉冲伏安法等。
其中电解法是一种将化学反应中产生的电子流作为化学反应的推动力，借助外部电场来控制电子的流动方向和速度，从而实现物质转换的方法。
电解法应用广泛，如电镀、电池、电解制氢等。
电沉积法是将电子流转移到电极表面，在电极表面上发生氧化还原反应，形成物质的方法。
通过电流和时间的控制，可以控制所沉积的物质的形态和厚度，达到有序的化学反应。
电化学合成法是利用电化学方法制备复杂分子，包括金属有机化合物、聚合物等高分子材料及催化剂等。
电化学合成法的优点是工艺简单可控，效率高，成本低。
电化学分析法用于测定溶液中的物质，包括电位滴定法、沉积滴定法和自由度滴定法等。
这些方法利用电化学反应的特殊性质，实现溶液中离子，氧化还原态、根离子等物质的定量分析。
脉冲伏安法是一种通过外加脉冲电压来控制电化学反应过程的方法。
通过控制脉冲电压的幅值和频率可以实现对电化学反应的调节和控制。
脉冲时间参数对电沉积铜薄膜性能的影响
脉冲时问参数 对电沉积铜薄囊性能的影■
徐赛生 曾磊 张立锋 张炜 张卫 汪礼康 ，
１ ．复旦 大学微 电子研究院， 复旦 一 诺发互连研究中心
２ 罗门 ． 哈斯 电子材料 （ 上海 ） 有限公司 ３ ．上海大学化 学系，
ｏ － ｍ ｏｐｒ ｌ ｏｅ ｉ ｃ ｓ ｔｉ．ｒ ｎ ｉ ｄｓｒｃ ｕ ｎｓ ｗ ｒ ｉ ｅ ｉ ｔ ． ｈ ｓｌ ｆ ｔ ｅ ｎＣｐ ｅ ｆ ｐ ｐｒｅ ｓ ｈ ｓｅｉｉｔ ｇ ｚ ａ ｆ ｅ ｏｇ ｅｓ ｅ ｖｓｇ ｅ Ｔ ｅ ｅｕ ｓ ｉ ｏ ｍ ｒ ｔｓ ｕ ａ ｒ ｓｖｙ ｉ ｓ ｅ ｎ ｕ ａ ｒ ｈ ｉ ｅｎ ｔａ ｄ ｒ ｔ
征尺寸约为几十微米 ， 而芯片中铜互连的特征尺寸 ０ ）硅 片 ，首先在硅 片上用 Ｐ Ｃ Ｄ （ ｏｃｐ Ｏ ｅ ＥＶ Ｃ ｎｅｔ ｎ 是１ 微米 ，因此对亚微米级厚度铜镀层的性能研究 ２０ ｍ Ｄｅ ｃ ｉＳｓ ｍ， ｏｅｕ ）淀积 ８ ｏｍ Ｓ ２ ０ ｍ ｉ ｅｔｃ ｙ ｅ Ｎ ｖｌ ｓ ｌ ｒ ｔ ｌ ｏ ｎ ｉ Ｏ
（． ｕａ－ ｏｅｕ ｔｒ ｎ ｅｔ ｅｅｒｈＣ ｎｅ，ｃｏ ｃ ｅ ｃ ｉ ， ｕ ａ ｎｖｒｉ ，ｈｎｈ ； １Ｆ ｄｎ Ｎ ｖｌ ｓｎｅｃ ｎｃＲ ｓａｃ ｅｔ ＳｈｄｏＭｉ ｌ ｔ ｃ ＦｄｎＵ ｉｅｓｙ Ｓａｇａ ｌ Ｉ ｏ ｒ ｆ ｒ ｅ ｍｎ ｓ ｏ ｔ ｉ ２Ｒ Ｈ ． Ｏ Ｍ＆Ｈ Ａ ｌ ｔ ｎｃ ｔｒｌ（ｈｎｈｉＬｍｔ ｏ ａｙＳａｇａ Ａ Ｓ ｅ ｒ ｉＭａ ｉ ｓＳ ａｇａ ｉｉｄＣ ｍｐｎ，ｈ ｈ ； Ｅ ｃｏ ｅａ ） ｅ ｎ ｉ
ｌｖ ｌ ｕｓ ｎ ｔ ｄｏｆ ｔ ｈ ｕｄ ｂ ｔ ｅｃ ｏ ｅ ｌｓ ｃ ｎ ｃ ｅ Ｗ ｈ ｎｄ ｔ ｙ ｌ ｓ４ ％ ｔ ０ ． ｅ ｅ ｐ ｌ ｏ —ｉ ａ ｆ ｉ ｓ ｏ ｌ ｏｈ ｂ ｈ ｓｎ ａ ｍｉｉｅ ｏ ｄｓ ａ ． ｆ ｏ ｅ ｍｅｎ － ｍｅ ｔ ｌ ｌ ｅ ｕｙｃ ｃｅｗａ ０ ｏ６ ％
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脉冲电沉积技术
脉冲电沉积技术是一种新型的表面镀层技术，它利用高能脉冲电
流在短时间内沉积金属离子或分子到基材表面，从而形成一层均匀、
致密、具有优异性能的镀层。相对于传统的电沉积技术，脉冲电沉积
技术具有以下优点：1）镀层厚度均匀性高；2）镀层结晶细小且致密
性好；3）脉冲电沉积可实现高沉积速率；4）脉冲电沉积能够控制镀
层成分和组织结构。因此，脉冲电沉积技术在电子、信息、生物医学
等领域均有广泛的应用。未来，随着脉冲电沉积技术的不断优化和发
展，它将在更多领域发挥重要作用。