基于超声波对硫酸镍体系电沉积过程及镀层性能的影响

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1、山东大学硕士学位论文超声波对硫酸镍体系电沉积过程及镀层性能的影响姓名：梅永芹申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：侯文涛20080530山东大学硕士学位论文中文摘要镍的沉积速度是电沉积镍工艺的一个主要参数。在电沉积过程中，镍的沉积速度主要取决于液相扩散步骤、表面转化步骤和电化学反应步骤。对于硫酸镍电镀液体系，当电流密度过高时，扩散步骤将成为电沉积过程的控制步骤，镀液体系存在浓度极化，阴极电流密度存在极限电流密度。在镍的电沉积过程中，镍的还原析出服从法拉第第一定律一物质的析出量与通过的电量成正比，即

2、镍的沉积速度与电流密度成正比。通过消除或减小镀镍液体系的浓度极化，提高镀镍液的极限电流密度就可以提高容许电流密度的上限，加大镍的沉积速度。本文通过硫酸镍电镀液体系阴极极化曲线的测试与分析，并结合在铁基体上电沉积镍镀层的实验对硫酸镍电镀液体系的浓度极化特性及容许电流密度上限的判定进行了讨论。通过在超声波中电沉积镍镀层的实验，探讨了超声波对硫酸镍电镀液体系的极限电流密度以及容许电流密度上限的影响；探讨了超声波对电沉积过程中镍沉积速度的影响以及对电镀镍层性能的影响；讨论了不同的超声施加方式及超声波功率对沉积

3、速度、镀层硬度和孔隙率的影响。实验结果与理论分析表明：(1)硫酸镍电镀液体系是具有扩散极化特征的体系。从硫酸镍镀液阴极极化曲线的分析可以看到，阴极电流密度随着阴极电位的负移而逐渐增高，这说明随着阴极过电位的加大，阴极极化程度加大，镍的沉积速度加快；而当阴极电位负移至一1．300V时，因氢的析出加剧导致镀膜破损，阴极电流密度出现拐点，随电位的负移而有所降低。拐点处的电流密度可作为容许电流密度上限，其值为12．75A／dm2。对照无超声电镀时镀层沉积速度随阴极电流密度的变化曲线，在电流密度为12．51A／

4、dm2处沉积速度出现拐点，沉积速度不再随电流密度的增大而增加。硫酸镍镀液阴极极化曲线的结果与实验中无超声电镀时镀层沉积速度的结果基本吻合，说明硫酸镍电镀液体系是具有扩散极化特征的体系。(2)超声波的加入改善和优化了电镀操作条件，提高了镀镍液的极限电流密度和镀层沉积速度。从电极过程动力学观点看来，实质上这是超声波的机械振动和空化现象在电镀溶液中对扩散层的特殊搅拌引起的强烈的去极化作用。超声波所产生的强烈搅拌作用，减小了电极表面扩散层的厚度，提高了扩散层中镍离子的浓度梯度，加快了镍离子的传质过程；超声波的

5、空化作用有利于氢的脱附逸出。山东大学硕士学位论文总之，超声波的介入降低了硫酸镍电镀液的浓度极化程度，提高了电镀液的极限电流密度，提高了容许电流密度的上限。(3)电镀过程中超声波的介入能够改善镀层质量。由于超声波对电极表面的活化、脱氢和搅拌作用以及能量效应改变了电结晶过程，使电镀镍层结晶细化，改善了镀层的致密性。与无超声电镀相比，在相同的高电流密度下进行超声电镀，可以使镀层厚度增加且均匀平整；镀层结构更为细密；镀层硬度得到提高，提高范围约为lO．8％'-'-'58．3％；镀层孔隙率降低。(4)超声施加方

6、式(即超声加载比)是一个重要的工艺方法，改变超声波的施加方式可以改变镍离子的沉积速度以及镀层性能。实际操作中，可以根据具体情况调节到合适的超声施加方式。(5)超声波的功率对镍的电沉积速度及镀层性能有明显影响，在一定范围内超声功率与镍的沉积速度及镀层性能成正比。在实际应用中，可以根据要求选择合适的超声功率。关键词：超声波；电镀；沉积速度；电流密度2山东大学硕士学位论文THEENGLISHABSTRACTThenickeldepositionrateisanimportantparameterinthee

7、lectrodepositednickelprocess．Intheprocessofelectrodepositing，thenickeldepositionratedependsmainlyondiffusion，surfaceconversionandelectrochemicalreactionstep．Tonickelsulfateplatingsystem，liquiddiffusionwillbethecontrolstepwhencurrentdensityistoohigh，andc

8、oncentrationpolarizationwillexistintheplatingbathsystemandtherewillbelimitingcurrentdensityforthecathodiccurrentdensity．Intheprocessofthenickelelectrodeposition，thereductionandprecipitationofnickelobeysthefirstlawofFaraday—themat