电镀

文章摘要：电极及反应机理A. 电极电位当金属电极浸入含有该金属离子的溶液中时﹐存在如下的平衡﹐即金属失电子而溶解于溶液的反应和金属离子得电子而析出金属的逆反应应同时存在﹕平衡电位与金属的本性和溶液的温度﹐浓度有关。为了精确比较物质本性对平衡电位的影响﹐人们规定当溶液温度为250C﹐金属离子的浓度为1mol/L时﹐测得的电位叫标准电极电位。标准电极电位负值较大的金属都易失掉电子被氧化﹐而标准电极电位正值较大的金属都易得到电子被还原。B. 极化所谓极化就是指有电流通过电极时﹐电极电位偏离平衡电极电位的现象。所以﹐又把电流-电位曲线称为极化曲线。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

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电极及反应机理
A. 电极电位
当金属电极浸入含有该金属离子的溶液中时﹐存在如下的平衡﹐即金属失电子而溶解于溶液的反应和金属离子得电子而析出金属的逆反应应同时存在﹕
平衡电位与金属的本性和溶液的温度﹐浓度有关。为了精确比较物质本性对平衡电位的影响﹐人们规定当溶液温度为250C﹐金属离子的浓度为1mol/L时﹐测得的电位叫标准电极电位。标准电极电位负值较大的金属都易失掉电子被氧化﹐而标准电极电位正值较大的金属都易得到电子被还原。
B. 极化
所谓极化就是指有电流通过电极时﹐电极电位偏离平衡电极电位的现象。所以﹐又把电流-电位曲线称为极化曲线。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子的速度﹐从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用。
(2) 浓差极化
由于邻近电极表液层的浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化称浓差极化﹐这是由于溶液中离子扩散速度小于电子运动造成的。
第四节  金属的电积过程
电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下﹐经电极反应还原成金属原子并在阴极上进行金属沉积的过程。下图(1-2)是电沉积过程示意图﹐完成电沉积过程必须经过以下三个步骤﹕
液相传质﹕镀液中的水化金属离子或络离子从溶液内部向极界面迁移﹐到达阴极的双电层溶液一侧。
电化学反应﹕水化金属离子或络离子通过双电层﹐并去掉它周围的水化分子或配位体层﹐从阴极上得电子生成金属原子。有三种方式﹕电迁移﹐对流和扩散。
电结晶﹕金属原子沿金属表面扩散到结晶生长点﹐以金属原子态排列在晶格内﹐形成镀层。
电镀时﹐以上三个步骤是同时进行的﹐但进行的速度不同﹐速度最慢的一个被称为整个沉积过程的控制性环节。不同步骤作为控制性环节﹐最后的电沉积结果是不一样的。

影响电镀质量的因素
影响电镀质量的因素很多﹐包括镀液的各种成分以及各种电镀工艺参数。下面就其中某些主要因素进行讨论。
1. pH值的影响
镀液中的pH值可以影响氢的放电电位﹐碱性夹杂物的沉淀﹐还可以影响络合物或水化物的组成以及添加剂的吸附程度。但是﹐对各种因素的影响程度一般不可预见。最佳的pH值往往要通过试验决定。在含有络合剂离子的镀液中﹐pH值可能影响存在的的各种络合物的平衡﹐因而必须根据浓度来考虑。电镀过程中﹐若pH值增大﹐则阴极效率比阳极效率高﹐pH值减少则反之。通过加入缓冲剂可以将pH值稳定在一定范围。
2. 添加剂的影响
镀液中的光亮剂﹐整平剂﹐润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。对此添加剂有无机和有机之分。无机添加剂起作用的原因是由于它们在电解液中形成高分散度的氢氧化物或硫化物胶体﹐吸附在阴极表面阻碍金属析出﹐提高阴极极化作用。有机添加剂起作用的原因是这类添加剂多为表面活性物质﹐它们会吸附在阴极表面形成一层附膜﹐阻碍金属析出﹐因而提高阴极极化作用。另外﹐某些有机添加剂在电解液中形成胶体﹐会与金属离子络合形成胶体-金属离子型络合物﹐阻碍金属离子放电而提高阴极极化作用。
3. 电流密度的影响
任何电镀都必须有一个能产生正常镀层的电流密度范围。当电流密度过低时﹐阴极极化作用较小﹐镀层桔晶粗大﹐甚至没有镀层。随着电流密度的增加﹐阴极极化作用随着增加﹐镀层晶粒越来越细。当电流密度过高﹐超过极限电流密度时﹐镀层质量开始恶化﹐甚至出现海绵体﹐枝晶状﹐烧焦及发黑等。电流密度的变化的上限和下限是由电镀液的本性﹐浓度﹐温度和搅拌等因素决定的。一般情况下﹐主盐浓度增大﹐镀层温度升高﹐以及有搅拌的条件下﹐可以允许采用较大的电流密度。

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