《极化曲线在电镀中.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《极化曲线在电镀中.doc（10页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、极化曲线在电镀中的应用 镀层质量与电极极化有极其密切的联系，如镀层结晶的细致程度、光亮度、整平度与分散能力等评定镀层质量的主要指标，都直接受电极极化行为的影响，而电极的极化行为，则依赖于极化曲线的测量。 一般地，凡能适当增大阴极极化度的各种因素，均能提高镀层的细致程度、光亮度、整平度与分散能力，因此，通过极化曲线可从理论上直观地分析各种工艺条件对镀层质量的影响，并进行选择，然后结合赫尔槽试验和电镀生产实践确定最优的工艺参数。下面分别叙述极化曲线在电镀中的应用。 (1)镀液性能的比较与选择 图24所示为室温下测得的五种镀锌液的阴极极化曲线，可见在相同的电流密度下(如2Adm2)，它们所对应的阴极
2、电位依次趋负，这说明在15号溶液中，第5号溶液产生的阴极极化作用最大，其余依次递减。从镀液的组成可见，单纯的氧化锌溶液不如加入氯化铵的溶液极化作用大，但这种极化的增大，又不如再加入氨三乙酸后显著。由此可见，氨三乙酸是无氰镀锌的一种较好的络合剂。同时添加剂聚乙二醇和硫脲可使极化进一步提高，从而可能获得细致、光亮与分散能力强的镀锌层。通过上述分析可知第4号溶液可初步定为较理想的无氰镀锌溶液，其实用性如何，有待生产实践的检验。图中曲线5是在氰化物镀液中测得的，它的极化作用最大，这正是它易获得优质锌层的主要原因。 图24镀锌溶液极化曲线1一ZnCl250gL 2-ZnCl250gL+NH4C1250g
3、L；3ZnCl2 50gL+NH4C1250gL+氨三乙酸40gL;4一ZnCl250gL+NH4C1250gL+氨三乙酸40gL+硫脲2gL+聚乙二醇2gL；5一氰化镀锌液锌液图25几种碱性镀锌液的阴极极化曲线1一Zn010gL+NaOH l00gL; 2一Zn010gL+NaOH 70gL+三乙醇胺20gL+乙二胺5gL+六次甲基次胺3gL+明胶lgL；3一Zn020gL+KOH 70gL+三乙醇胺l00gL+KCl l0gL+添加剂(环氧氯丙烷与六次甲基四胺的反应物)适量;4一Zn035gL+NaCN 90gL+NaOH 75gL+Na2S 2gL 图2-5所示为几种碱性镀锌液的阴极极化
4、曲线。由曲线1可见，单纯的锌酸盐镀液是不能获得良好镀层的。因其在工作电流范围内极化很小，只能获得海绵状疏松的黑色镀层。曲线1还出现了一个明显的极限电流，在此电流下电镀，镀层同样是疏松或粗糙的。曲线2的阴极极化作用在工作电流范围内已比曲线l有明显增大，因而能获得较好的镀层。曲线3为使用复合添加剂的镀液，在低电流密度区，阴极极化显著增大，构成获得结晶细致镀层的条件，而在高电流密度区，极化作用减小，与曲线1、2相比较，极限电流完全消失，整个电极反应由电化学极化控制，因而使得电流密度的工作范围大大扩大。在电流密度等于2Adm2时，曲线2所对应的镀液的阴极电位已明显负移，其后便是阴极大量析氢的过程，所以
5、它的电流密度范围狭小。对比上述3种镀锌液，当然以第3种镀液为佳。若将这3种镀液与氰化镀液的曲线相较，仍以后者的极化度较大，因而可知在分散能力上，与氰化镀液仍会有一些差距。 (2)添加剂的影响 由图2-6可见，当电流密度在025Adm2以下时，添加硫脲极化度稍有增大；在0252Adm2的范围内，极化度反而减小；电流密度达2Adm2以上时，极化度又增大。因而，欲在加硫脲的镀铜液内获得细致的镀层，必须采用大的电流密度。 为研究添加剂浓度的变化对极化作用的影响，在电流密度为3Adm2下，测出了硫酸镀铜溶液中的阴极电位随添加剂浓度而变化的关系曲线，见图2-7。当提高硫脲的浓度时，极化度几乎成直线增大，但
6、至(45)10-4molL时，极化度则保持不变。添加乙酰硫脲、烯丙基硫脲及苯硫脲时，当添加量达l10-4molL，极化度显著增大，若再继续增加，极化度的增大就很缓慢，至(23)10-4molL时，极化度几乎不变。而添加甲基异硫脲和六甲基二硫脲时，随着浓度的提高，极化度反而下降，因此通过对极化曲线测定，为选择适宜的添加剂及浓度提供了可靠依据。图2-6硫脲的影响 1一没有添加剂；2添加硫脲10mgL图27添加剂浓度的影响(DK=3Adm2) (3)附加盐的影响 如图2-8所示，在焦磷酸盐镀铜锡合金的溶液中加入硝酸钾，有扩大电流密度范围的作用。曲线l不含KN03，加入KN03后，曲线即向正方显著移动
7、，表明阴极极化降低，电极反应更易进行，即使在较高的电流密度下工作，也无烧焦之虞，从而提高了工作电流密度。的上限。若取同一电位加以比较，如讯=一06V，则KNO3含量为45gL的镀液电流密度最大，含量25gL的其次，无KN03的最小。可见，在这种条件下KN03的加入，确能使、电流密度的工作范围变宽。 为了提高锌酸盐一三乙醇胺镀锌液的阳极电流密度，曾加入柠檬酸钾和氯化钾，其阳极一极化曲线见图2-9。由测得的极化曲线可知，未加附加盐时，锌阳极的电流密度不能超过2Adm2，便发生阳极“钝化”，此时阳极电位急剧正移，电流下降。当电位正至一定数值，析氧开始，同时电流回升，可见在钝化时阳极金属的溶解受阻。当
8、加入30gL柠檬酸钾时，发生钝化的电流(Dp)仍与未加入时一样，因此仍然不能提高电流密度，氯化钾的加入却显示了良好的作用，它使阳极发生钝化的电流(Dp)差不多加大一倍，至于氯化钾能否用于生产还要考虑它在其他方面的影响。图28硝酸根对阴极极化的影响1一无KN03；2一KN0325gL；3一KN0335gL(2、3两线重合)；4一KN0345gL；5一KN0355gL(4、5两线重合)图2-9锌酸盐一三乙醇胺镀锌液阳极极化曲线1一Zn020gL+KOH 70gL+TEA l00gL+日用胶lgL；2一“l”液+KaC6H507H2030gL；3-“1”液+KCI (4)pH值与温度的影响6 图21
9、0表明，在焦盐镀铜液中，pH值不可过高，否则在较低的电流密度下便有一明显的极限电流(pH值为11时)，使镀层容易“烧焦”；图211表明，随着温度的不断升高，图210 pH值对阴极极化曲线的影响Cu 208gL+K4P207300gL+Na2HPO440gL1一pH=11；2一pH=9；3一pH=7图2-11温度对某焦磷酸盐铜一锡合金镀液阴极极化曲线的影响在铜锡合金的镀液内，阴极极化作用也不断下降，因而温度过高对镀层质量是不利的，究竟使用多高温度可结合其他条件适当选取。 (5)探讨电镀时的阴极过程 采用恒电位法能测出各个相应电位下的电流值，但当电位以一定的扫描速度连续很快地变动时，则每个电位所对
10、应的电流值很可能没有稳定，可电位又已经变到下一个值。这样，就会在极化曲线上出现相应的电流波(即曲线拐点)，从而说明在此电位区内有新的电化学反应发生。以铁电极为阴极，采用恒电位扫描法测得锌一钛合金镀液六条阴极极化曲线如图2-12所示。 由图2-12可见，曲线1只在一094V附近有一拐点，说明在钛络离子单独存在的溶液中，只发生一种电化学反应。观察证明，此反应是氢气在铁电极上的析出反应，溶液中的钛络离子不在阴极上发生放电反应是符合热力学规律的。 曲线2则有三个拐点，分别出现在O94V、一l18V与一l38V附近。由观察可知，在一094V附近，是氢气在铁电极上析出；在一118V附近是金属锌在， 铁电极
11、上析出；在一138V附近，则是氢；气在锌金属上析出，这与事先对此液的估图212锌一钛合金阴极极化曲线1一钛络离子单独存在时的阴极极化曲线，2一锌络离子单独存在时的阴极极化曲线；3一锌、钛络离子共同存在时的阴极极化曲线；4-“3”+添加剂A阴极极化曲线；5-“3”+添加荆B阴极极化曲线；6-“3”+添加剂C阴极极化曲线计也完全相符，因为在此液中只有锌络离子与氢离子可能在阴极放电。 曲线3有四个拐点，依次出现在一094V、一l18V、一l28V与一l40V附近。由观察可知，第一与第四拐点处均为析氢反应，第二、第三两拐点处发生什么反应可用分析方法确定。为此将阴极电位控制在-l 镀层质量与电极极化有极
12、其密切的联系，如镀层结晶的细致程度、光亮度、整平度与分散能力等评定镀层质量的主要指标，都直接受电极极化行为的影响，而电极的极化行为，则依赖于极化曲线的测量。 一般地，凡能适当增大阴极极化度的各种因素，均能提高镀层的细致程度、光亮度、整平度与分散能力，因此，通过极化曲线可从理论上直观地分析各种工艺条件对镀层质量的影响，并进行选择，然后结合赫尔槽试验和电镀生产实践确定最优的工艺参数。下面分别叙述极化曲线在电镀中的应用。 (1)镀液性能的比较与选择 图24所示为室温下测得的五种镀锌液的阴极极化曲线，可见在相同的电流密度下(如2Adm2)，它们所对应的阴极电位依次趋负，这说明在15号溶液中，第5号溶液
13、产生的阴极极化作用最大，其余依次递减。从镀液的组成可见，单纯的氧化锌溶液不如加入氯化铵的溶液极化作用大，但这种极化的增大，又不如再加入氨三乙酸后显著。由此可见，氨三乙酸是无氰镀锌的一种较好的络合剂。同时添加剂聚乙二醇和硫脲可使极化进一步提高，从而可能获得细致、光亮与分散能力强的镀锌层。通过上述分析可知第4号溶液可初步定为较理想的无氰镀锌溶液，其实用性如何，有待生产实践的检验。图中曲线5是在氰化物镀液中测得的，它的极化作用最大，这正是它易获得优质锌层的主要原因。图24镀锌溶液极化曲线1一ZnCl250gL 2-ZnCl250gL+NH4C1250gL；3ZnCl2 50gL+NH4C1250gL
14、+氨三乙酸40gL;4一ZnCl250gL+NH4C1250gL+氨三乙酸40gL+硫脲2gL+聚乙二醇2gL；5一氰化镀锌液锌液图25几种碱性镀锌液的阴极极化曲线1一Zn010gL+NaOH l00gL; 2一Zn010gL+NaOH 70gL+三乙醇胺20gL+乙二胺5gL+六次甲基次胺3gL+明胶lgL；3一Zn020gL+KOH 70gL+三乙醇胺l00gL+KCl l0gL+添加剂(环氧氯丙烷与六次甲基四胺的反应物)适量;4一Zn035gL+NaCN 90gL+NaOH 75gL+Na2S 2gL 计也完全相符，因为在此液中只有锌络离子与氢离子可能在阴极放电。 曲线3有四个拐点，依次
15、出现在一094V、一l18V、一l28V与一l40V附近。由观察可知，第一与第四拐点处均为析氢反应，第二、第三两拐点处发生什么反应可用分析方法确定。为此将阴极电位控制在-l20V与一l35V处进行电镀，然后分析镀层成分。结果表明，在一120V处，镀层只由锌金属组成，不含钛，而在一135V处，镀层中有锌也有钛。由此可知，在一118V时，阴极只发生析锌反应，在一128V时，阴极发生锌一钛共析反应。因此，通过对极化曲线的分析，锌一钛合金镀液中的阴极过程就比较清楚了。 图212中4、5、6三条曲线是添加剂对于锌一钛合金阴极沉积的影响曲线。经分析可知，添加剂A使锌一钛共析的极化值和极化度均有所提高，故此类添加剂能改善锌一钛合金镀层的质量；添加剂8对锌一钛的共析过程也同样具有较大的影响作用；添加剂C不仅在一定的范围内提高了阴极析出锌一钛合金时极化作用，使镀层细致，同时也提高了阴极单独析锌时的极化值与极化度。
