金属镀层的沉积原理

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1、第二章金属镀层的沉积原理与工艺第二章金属镀层的沉积原理与工艺1电镀技术2化学镀3刷镀技术第二章金属镀层的沉积原理与工艺镀层性能不同于基体，具有独特的形态、结构、组织和性能。1.电镀技术1.1电镀的定义★在含有镀层金属离子的盐溶液中，以被镀金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在阴极金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。1.2电镀基本知识1.2.1电镀液第二章金属镀层的沉积原理与工艺按电镀液类型分单盐电解液络合物电解液如果主盐在水溶液中能够在一级电离中电离出镀层金属的简单离子。NiCl2、CuSO4；如果一级电离只能电离出复

2、杂的络离子，需要多级电离才能电离出镀层金属的简单离子。氰化镀Zn。主盐、络合剂、导电盐、缓冲剂、阳极活化剂及添加剂。组成◆主盐镀液中能在阴极上沉积所要求镀层金属的盐，用于提供镀层金属离子。主盐浓度必须保持一定范围，主盐浓度的变化会对电沉积过程及最后的镀层组织有影响。◆络合剂若镀液中主盐的金属离子为简单离子时，则镀层晶粒粗大，加入络合剂可将镀层金属离子络合成络离子，使其放电困难，提高阴极极化程度，有利于镀层结晶细化，改善镀液的分散能力和覆盖能力。◆导电盐对于电阻较大的镀液，可加入导电能力高的强电解质，如某些碱金属或碱土金属来提高镀液导电能力。这类

3、盐不参与电极反应，对主盐离子不起络合作用。1.2电镀基本知识1.2.1电镀液第二章金属镀层的沉积原理与工艺◆缓冲剂：用来稳定溶液酸碱度的物质。同时具有提高阴极电流密度和阴极极化，改善镀层组织的作用。◆阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称为阳极活化剂。其作用在于提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常溶解。◆添加剂：不改变镀液性能的微量物质，却能显著改善镀层性能的物质，按所起作用可分为光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂等。1.2电镀基本知识1.2.1电镀液第二章金属镀层的沉积原理与工艺1.2电镀基本知识1.2.2金属的电沉积过

4、程1、电极反应机理(1)电极电位MMn+＋ne由于形成双电层就产生了电位差，这种由金属与该金属盐溶液之间产生的电位差叫该金属的电极电位。溶液温度为25℃、金属离子的浓度为1mol/L时，测得的电位叫标准电极电位。第二章金属镀层的沉积原理与工艺★极化：当电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位的现象。★过电位△：通常把某一电流密度下金属平衡电位与电极电位的差值。△＝平－★△是金属离子在阴极表面还原沉积的必要条件。1.2.2金属的电沉积过程1、电极反应机理（2）极化★是不是所有金属离子都可以进行电沉积?第二章金属镀层的沉积原理与工艺实现

5、金属的电沉积，必须依靠外部电源来给体系提供能量:1、E外（外加电压）＝0时，阴＝平，Mn+＋neM正向，反向反应速度相等，没有金属沉积出来2、阴＜平，正向反应速度大于逆向反应速度，金属有可能沉积出来；真正开始沉积金属的电位称为析出电位，不同金属镀液有不同析出电位。3、阴≤析，金属开始在阴极上沉积，极化越大，沉积速度越大。4、阴≤析氢时，阴极将有H2析出，2H++2e→H2阴极极化越大，氢气析出速度越快。1、电极反应机理（2）极化第二章金属镀层的沉积原理与工艺临界晶核半径r、形核功△Ek和生核率W与△存在如下关系：r＝σA/ρ

6、nF△△Ek=πhσ2A/ρnF△W=K·exp︱-πhσ2NA/ρnFRT△︱1、电极反应机理（2）极化第二章金属镀层的沉积原理与工艺σ-电极金属与溶液的界面张力ρ-晶核密度A-沉积金属的相对原子质量n-沉积金属离子的化合价F-法拉第常数△-阴极过电位h-一个沉积原子的高度N-阿佛加德罗常数R-气体常数★过电位由电化学极化过电位、浓差极化过电位和溶液的欧姆电压降构成，用来定量地描述电极极化的状况。产生极化作用的原因主要是电化学极化和浓差极化。①电化学极化由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动

7、而引起的极化作用，称为电化学极化。特征：在相当低的阴极电流密度下，阴极电位就出现急剧变负的偏移，即出现较大的极化值，△较大。1、电极反应机理（2）极化第二章金属镀层的沉积原理与工艺特征：当i≤il(极限电流密度)时，在阴极电位远小于极限电流密度时，随电流密度提高，阴极电位与平衡电位平相差不大，即浓差过电位的值不大。②浓差极化由于溶液中离子扩散速度小于电子运动速度，使阴极附近溶液中的金属离子还原沉积后，补充不及时，造成邻近电极表面液层离子的浓度与溶液主体浓度发生差异而产生的极化称为浓差极化。1、电极反应机理（2）极化第二章金属镀层的沉积原理

8、与工艺r＝σA/ρnF△△Ek=πhσ2A/ρnF△W=K·exp︱-πhσ2NA/ρnFRT△︱2、电镀过程的步骤与稳态过程★液相传质步骤第二