第四章镀液性能与镀层质量检验(4学时).

第四章镀液性能与镀层质量检验1.镀液性能测试1.1Hull槽试验（掌握）1.2电解液的阴极极化性能1.3电解液的分散能力1.4覆盖能力1.5整平能力1.6阴极电流效率1.7电导率什么是Hull槽ABCDabcdABCDe-+267mL槽的几何尺寸：a=48mm，b=64mm，c=102mm，d=127mm，e=65mm横截面Hull槽是一种小型电镀试验装置，简便而又迅速地进行多种电镀试验。Hull槽的横截面为梯形，故又称为梯形槽。Hull槽的容积有两种：267mL和1000mL，前者应用较广泛。国内应用时在267mL容积中盛250mL电解液。Hull槽的特点Hull槽最大特点：阴极上各部位到阳极的距离不相同(逐渐变化的)。造成阴极上各部位的电流密度不相等，同样是逐渐变化的。在阴极上离阳极最远的一端(远端，图中D)电流密度最小，最近的一端(近端，图中B)电流密度最大。阴极上电流密度分布公式:ic=I(C1-C2log10l)式中：l----阴极上某点到近端的距离(单位：cm)，ic----该点的电流密度(单位：A/dm2)。I----通过Hull槽的试验电流(单位：A)，C1和C2------与电解液性质和Hull槽尺寸有关的常数。阴极ABD阳极C对267mL槽(250mL电解液)，用4种常用电解液(酸性镀铜，酸性镀镍，氰化镀镉，氰化镀锌)实验并取平均结果，得出C1=5.1019C2=5.2401应用上面公式时，还乘267/250因子，才能得出正确ic。另外，l适用范围0.635～8.255cm。为使用方便，可将计算值列成表。Il(cm)(A)12345678915.453.742.782.081.541.090.720.400.11210.907.485.554.173.082.181.430.790.21316.3111.218.336.254.613.272.151.190.32421.7914.9511.118.336.154.362.861.580.43527.3318.6913.8810.417.695.453.581.980.53250mLHull槽阴极上的电流密度分布(A/dm2)文献中关于常数C1、C2的测量值互有差异用267mLHull槽，对11种镀液(4种镀锌、2种镀镍、3种镀铜、2种镀仿金)测量。使用线性回归法，得平均值C1=4.63C2=4.19Hull槽试验中阴极上的电流密度变化范围很宽，近端和远端的电流密度相差50多倍。做一次试验就可看出相当宽的电流密度范围内的镀层质量情况。显示出Hull槽试验的优越性。Hull槽阴极上的电流密度分布0246810121416180246810l(cm)ic(A/dm2)I=1AI=2AI=3A(1)电极阳极长方形薄板。267mL槽,63×70mm,厚3~5mm.材料与生产相同阴极(试片)长方形薄片。267mL槽,100×70mm,厚0.25~1mm用冷轧钢板，镀锌铁片等。试片表面应平整光洁(电镀预处理要求)试验电流阴极电流密度上限ic较高时，试验电流大；ic较低时，电流小。I一般取1A或2A，装饰性镀铬取5A，镀硬铬更大(2)试验条件溶液电镀槽中取试验液。用不溶性阳极，试验1～2次后应更换溶液；可溶性阳极，试验6～8次后应更换。添加剂影响时，使用次数更少。温度应与生产条件相同。如需恒温，使用改良型Hull槽（放在电镀槽中）。在短侧壁上钻4个孔，长侧壁上钻6个孔，孔径12.5mm。搅拌玻璃棒轻轻搅动；或小的空气搅拌装置。试验时间试验时间5～10min改良型Hull槽试验方法Hull槽试验装置Hull槽电源阴极样板的绘图记录与保存镀层外观是Hull槽试验的主要评价指标。便于进行对比，统一规定选取距底边25mm,宽10mm的一条带为记录区间(右图)。100251015阴极记录部位的选取便于将镀层外观绘图记录，可采用统一的符号如需保存阴极样板，可用酒精干燥后涂以清漆，存放于干燥器中。光亮半光亮条带状树枝和粉末状针孔或麻点露底暗烧黑和粗糙点蚀或鼓泡脆性和裂开阴极试片镀层状况记录符号Hull槽试验的应用(1)选择适宜的电解液配方和工艺条件各组分含量、各工艺条件为影响因素，以阴极样板上光亮区范围作为评定指标，对配方和工艺进行优选。(2)确定少量添加剂或杂质的含量微量杂质或添加剂，用经典化学分析方法或者很难测出。用Hull槽试验可以很快确定。例如测量光亮镀镍溶液中少量锌含量，下列镀液进行Hull槽试验：含未知数量锌杂质的镀液，不含锌杂质的正常镀液，正常镀液中加入不同含量的锌离子。比较阴极样板，根据镀层状况，可确定锌杂质的含量。(3)分析镀液故障原因例如发现镀层严重发黑并有粗糙毛刺，按下列步骤分析故障分析镀液镀液成分是否与工艺规范相差大。检查固体杂质对故障电解液进行处理：直接过滤除去无机物固体杂质，用活性碳处理再过滤以除去有机物杂质；再分别进行Hull槽试验，比较试验阴极样板，确定是否由固体杂质引起。检查可溶性杂质离子在正常镀液中分别加入一定量的阴离子(如Cl-,CN-,NO3-,CrO42-等)，阳离子(如Cu2+,Sn2+,Pb2+等)，进行Hull槽试验，与故障电解液试验阴极样板进行比较。假定发现加入Pb2+的阴极样板与故障样板比较接近，再确定Pb2+杂质的含量（应用2）。在确定故障的原因后，将故障电解液中的杂质除去，试验阴极试样的镀层是否恢复正常。其它试验槽阳极阴极横型Hull槽阴极试片斜插入镀液，可以防止因析氢使镀层表面形成明显条纹阳极阴极Tena槽两个任意半径的同心圆筒组成。一次Tena槽试验可以得到相当于数次Hull槽试验的结果。它还可以作多个Haring槽使用，以测定分散能力。第四章镀液性能与镀层质量检验1.镀液性能测试1.1Hull槽试验1.2电解液的阴极极化性能1.3电解液的分散能力1.4覆盖能力1.5整平能力1.6阴极电流效率1.7电导率在选择络合剂，添加剂并确定最佳用量时，测量阴极极化曲线可以清楚地表现出它们对电解液阴极极化性能的影响。测量阴极极化曲线可以用恒电流法，也可以用恒电位法。测出阴极极化电流密度和与之对应的阴极极化电位的数值，在E～i坐标系或者E～lgi坐标系中将其关系表示出来，就得到阴极极化曲线。需要指出，测量的阴极电流是所有阴极反应产生的总电流，只有在副反应很小时。才能认为是反映了金属离子还原反应的阴极极化性能。在电镀合金时更是如此。测量阴极极化曲线直流稳压电源数字电压表AE（铂电极）WERE（SCE）电解池盐桥虚线内为接线盒电位器组K1K2K3输出恒电流法测量极化曲线的实验装置饱和KCl溶液μAmA以极化电流i为主变数，测量与i对应的极化电位EHDV－7恒电位仪辅参*研DT－830数字万用表RE（SCE）盐桥恒电位法测量极化曲线的实验装置AE（铂电极）WE以极化电位E为主变数，测量与E对应的极化电流i第四章镀液性能与镀层质量检验1.镀液性能测试1.1Hull槽试验1.2电解液的阴极极化性能1.3电解液的分散能力1.4覆盖能力1.5整平能力1.6阴极电流效率1.7电导率A2A1-+远阴极C2近阴极C1阳极AHaring槽远近阴极法(Haring槽试验)远阴极到阳极的距离l2和近阴极到阳极的距离l1之比为K12llK按工艺条件进行电镀，用电流表测量通过近阴极和远阴极的电流I1和I2(当电流不是恒定时应测量电量)。镀后用天平测出近阴极和远阴极上镀层的重量M1，M2，由K和M按下式计算分散能力%1002.MKMKPT用此式计算的T.P，数值范围？用远近阴极法测量T.P，为什么要取相同的k，用相同的公式计算？其它形式的试验槽阳极近阴极远阴极阳极5个阴极到阳极距离比为12345弯曲阴极法ABDE-+阳极2929弯曲阴极法测分散能力的装置及阴极试片阳极---材料与生产相同，150×50×5mm，浸没面积0.55dm2阴极---分为六段，按照图上形状弯折。每段边长29mm的正方形。阴极浸没面积1dm2（两面）。分别测出阴极上A，B，D，E四个部位中间的镀层厚度δ，按右式计算分散能力AEDBPT3.优点：弯曲阴极和生产中镀件的复杂形状比较接近。Hull槽法在固定阴极电流下(一般取0.5～3A)电镀一定时间(10～20分)。将阴极试片清洗烘干。将右图中所划的宽10mm的窄条分为10等分，形成10个10×10mm的小正方形。除去两端的两个，从近端开始编为1~8号。1001012345678%100.1iPT1和i为1号方格和2～8号方格(一般i取5)的镀层厚度。测出8个方格中心部位的镀层厚度，用下式计算分散能力如何测量？123456782015105(m)方格号也可作出镀层厚度随方格号变化的曲线，更直观地表示镀层厚度分布的均匀性。镀层厚度随方格号变化此曲线与Hull槽阴极上电流密度分布曲线是什么关系？如果此曲线比电流密度分布曲线变化较平缓，说明什么问题？第四章镀液性能与镀层质量检验1.镀液性能测试1.1Hull槽试验1.2电解液的阴极极化性能1.3电解液的分散能力1.4覆盖能力1.5整平能力1.6阴极电流效率1.7电导率内孔法按选用的电镀工艺电镀10～15分钟后，将管子纵向切开，测量内孔中镀层长度l，以深径比(镀入深度l与管内径d之比)表示电解液的覆盖能力。dlPC.用一根空心圆管作阴极，管内径d=10毫米，长50或100毫米。材质用低碳钢或铜，黄铜。管两端距阳极50毫米。阳极阳极管子阴极镀槽电源内孔法测覆盖能力直角阴极法20%55%90%100%镀后试片用覆盖有镀层的面积占受镀总面积的百分数表示覆盖能力。阴极用75×25mm的铜片或软钢片，在距离一端25mm处弯折成90°。折角面对阳极，背面用漆绝缘，浸入液面下25mm。角阴极端距阳极不小于50mm。电镀一段时间，将阴极试片清洗，烘干，弄直。用刻有方格的有机玻璃矩形板量度镀层覆盖面积。+-阳极阴极电镀槽直角阴极法测量装置阴极横截面为25×25mm的正方形，长200mm。一面上钻有10个直径为12.5mm的凹穴。第一个凹穴深1.25mm，为直径的10%。按顺序次一个凹穴的深度比前一个凹穴增加1.25mm，最后一个凹穴深度为12.5mm，即直径的100%。12.5252512.51.25凹穴法测量用试样电镀后检查各凹穴内表面镀层。如果第六个凹穴内表面被全部覆盖，而第七个只部分覆盖，则电解液的覆盖能力可评定为60%。余类推。凹穴法第四章镀液性能与镀层质量检验1.镀液性能测试1.1Hull槽试验1.2电解液的阴极极化性能1.3电解液的分散能力1.4覆盖能力1.5整平能力1.6阴极电流效率1.7电导率Hull槽试片法用Hull槽试验测定电解液整平能力有如下一些方法用经过平滑研磨的Hull槽试片，在其下半部用金刚砂纸横向砂出条纹。镀后用目视法判断整平能力。对Hull槽试片进行喷砂处理，使表面产生深度和角度均匀的缺陷，用表面粗度计测定电镀前后试片表面粗糙度。如以Ra表示镀前试片中心线的平均粗糙度，Ra为镀后的中心线平均粗糙度，可用粗糙度减小的百分数计算整平能力。在平滑基体表面制备一定角度和深度的V形沟槽，电镀后根据V形沟被镀层填平情况计算整平能力。此法试样的制作和镀后测试难度都很大。V形沟法旋转圆盘电极法当电解液组成和温度一定时，扩散系数D和动力粘度系数ν均为常数。扩散层的有效厚度δ随电极旋转角速度ω的增加而减小。提高旋转角速度，扩散层变薄，可用来模拟微观峰处的扩散层厚度；降低旋转角速度，扩散层增厚，相当于微观谷处的扩散层厚度。扩散层变化，使电极表面电流密度变化。在旋转圆盘电极表面，扩散层的有效厚度是均匀分布的，根据流体力学导出扩散层有效厚度与扩散系数D、动力粘度系数ν和电极旋转角速度ω的关系为21613161.1D-+原理因此，在恒定电位下，改变圆盘电极的转速，测量电流密度随旋转角速度的变化关系，可用于判断电解液的整平能力。右图中：曲线1的ic与ω无关，表明为几何整平，曲线2的ic随ω