電鍍工藝學(xué)-電化學(xué)工程課件

電鍍工藝學(xué)Platingtechnology

ChapterⅢElectrolytedispersingpower

第三章電解液分散能力

082005FH1電鍍工藝學(xué)03－37電鍍工藝學(xué)PlatingtechnologyCh電解液分散能力的基本概念分散能力（或稱均鍍能力）:就是電解液能使零件表面鍍層的厚度均勻分布的能力。

若鍍層在陰極表面分布的比較均勻，就認(rèn)為這種電解液具有良好的分散能力；在各種電解液中，氰化物電解液的分散能力比較好，普通酸性鍍銅和鍍鋅等簡(jiǎn)單鹽電解液的分散能力較差，鍍絡(luò)電解液的分散能力更差。覆蓋能力（或稱深鍍能力）：在一定的電解條件下，電解液能使鍍層沉積金屬覆蓋整個(gè)表面的能力。

由于電流密度的不均勻，在較低電流密度區(qū)極化小，達(dá)不到金屬的析出電位，零件的深凹處沒有金屬鍍層覆蓋。082005FH2電鍍工藝學(xué)03－37電解液分散能力的基本概念082005FH2電鍍工藝學(xué)03

2.6電流與金屬在陰極上的分布

為了提出電解液分散能力的數(shù)學(xué)表達(dá)式，首先討論電流在陰極表面分布的問題。當(dāng)支流電通過電解槽時(shí)，可能會(huì)遇到三部分的阻力：1金屬電極的歐姆電阻：R電極2電解液的歐姆電阻：R電液3發(fā)生在固體電極與電解液（金屬/溶液）兩相界面上的阻力（阻抗）R極化這種阻力是由于電化學(xué)或放電離子擴(kuò)散過程緩慢引起的，就是由于電化學(xué)極化和濃差極化造成的?？傻刃У姆Q為極化電阻。

082005FH3電鍍工藝學(xué)03－372.6電流與金屬在陰極上的分布082圖2－7082005FH4電鍍工藝學(xué)03－37圖2－7082005FH4電鍍工藝學(xué)03－37根據(jù)歐姆定律：

近陰極的電流I1=（3-1）遠(yuǎn)陰極的電流I2=（3-2）(3-3)082005FH5電鍍工藝學(xué)03－37根據(jù)歐姆定律：082005FH5電鍍工藝學(xué)03－37

2.6.1初次電流分布假設(shè)陰極極化不存在時(shí)的電流分布為初次電流分布，此時(shí)R極化≈0初次分布時(shí)：因電解液的電阻R=ρL/S，由于遠(yuǎn)近陰極的面積S相同，同樣電解液的電阻率也相同，因此:（K=常數(shù)）（3-4）可見，當(dāng)陰極極化不存在時(shí)，近陰極和遠(yuǎn)陰極上的電流密度與它們和陽(yáng)極的距離成反比。這種電流分布最不均勻。082005FH6電鍍工藝學(xué)03－372.6.1初次電流分布082005FH6電

2.6.2二次電流分布在陰極極化存在時(shí)的電流分布稱為二次電流分布。實(shí)際電流分布的表達(dá)式如下（3-3）。在實(shí)際電鍍生產(chǎn)中，陰極極化總是存在的。當(dāng)陰極極化存在時(shí)，由于近陰極電流密度大，從一般電化學(xué)規(guī)律看，近陰極的極化應(yīng)該大于遠(yuǎn)陰極，既R極化1＞R極化2因此I1/I2更接近于1。說明在有陰極極化時(shí)的電流分布更均勻。

3－3082005FH7電鍍工藝學(xué)03－372.6.2二次電流分布3－3082005FH

當(dāng)直流電通過電解槽時(shí)，近陰極和遠(yuǎn)陰極與陽(yáng)極的兩個(gè)并聯(lián)電路上的電壓相同，既：V1=V2=V

I1R1-Φk1=I2R2-Φk2

式中：I1和I2近陰極和遠(yuǎn)陰極的電流R1和R2近陰極和遠(yuǎn)陰極與陽(yáng)極間電解液的電阻Φk1和Φk2近陰極和遠(yuǎn)陰極的電極電位。I1R1=Φk1-Φk2+I2R2（3-5）082005FH8電鍍工藝學(xué)03－37082005FH8電鍍工藝學(xué)03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得因I/S=D所以：設(shè)L2=L1+ΔL

經(jīng)整理得：（3-6）082005FH9電鍍工藝學(xué)03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得082005FH9電因?yàn)殡娮杪实牡箶?shù)就是電導(dǎo)率所以教材中2－3082005FH10電鍍工藝學(xué)03－37因?yàn)殡娮杪实牡箶?shù)就是電導(dǎo)率所以教材中2－3082005F式中：就式陰極的實(shí)際電流分布；

κ電解液電導(dǎo)率ΔL遠(yuǎn)近陰極與陽(yáng)極距離之差；為極化率（度）即陰極極化曲線的斜率（電位隨電流密度的變化率）

082005FH11電鍍工藝學(xué)03－37式中：就式陰極的實(shí)際電2.6.3金屬在陰極上的分布如果電流效率在遠(yuǎn)陰極上和近陰極上相同，也可以用鍍層的金屬重量比代替電流比。如果電流效率在遠(yuǎn)陰極上和近陰極上不同，則還要考慮電流效率082005FH12電鍍工藝學(xué)03－372.6.3金屬在陰極上的分布如果電流效率在遠(yuǎn)陰極影響金屬在陰極上分布的因素還有1電流效率082005FH13電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上082005FH13電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上分布的因素還有2電力線分布我們把在電場(chǎng)作用下離子運(yùn)動(dòng)的軌跡形象地稱為電力線

082005FH14電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上082005FH14電鍍工藝學(xué)03－37電解槽082005FH15電鍍工藝學(xué)03－37電解槽082005FH15電鍍工藝學(xué)03－37解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法1形象陽(yáng)極2輔助陰極082005FH16電鍍工藝學(xué)03－37解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法082005FH16電鍍工藝學(xué)032.6.4電解液的分散能力和覆蓋能力分散能力：指金屬的宏觀分布

通常用實(shí)際電流分布與初次電流分布的相對(duì)偏差表示：（2－5）式中T電解液分散能力（－100％～+100%）M金屬分布（M1/M2）K初次電流分布082005FH17電鍍工藝學(xué)03－372.6.4電解液的分散能力和覆蓋能力（2－5）式中T

分散能力的其他表達(dá)式082005FH18電鍍工藝學(xué)03－37分散能力的其他表達(dá)式08200分散能力的測(cè)定1彎曲陰極法X面鍍層的厚度D=0.5－1A/dm2電鍍20min082005FH19電鍍工藝學(xué)03－37分散能力的測(cè)定X面鍍層的厚度082005FH19電鍍工藝2遠(yuǎn)近陰極法

K＝5或2電鍍30min082005FH20電鍍工藝學(xué)03－372遠(yuǎn)近陰極法082005FH20電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽利用電流密度在遠(yuǎn)近陰極上分布不同的特點(diǎn)，赫爾（Hull）1935年設(shè)計(jì)了一種平面陰極和平面陽(yáng)極構(gòu)成一定斜度的小型電鍍實(shí)驗(yàn)槽，叫做赫爾槽。由于赫爾槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，目前國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于電鍍實(shí)驗(yàn)和工廠生產(chǎn)的質(zhì)量管理，已成為電鍍工作者不可缺少的實(shí)驗(yàn)工具。082005FH21電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽082005FH21電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽結(jié)構(gòu)尺寸082005FH22電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽結(jié)構(gòu)尺寸082005FH22電鍍工藝學(xué)03－372霍爾槽法D=0.5－3A/dm2電鍍10－15min一般為5082005FH23電鍍工藝學(xué)03－372霍爾槽法一般為5082005FH23電鍍工藝學(xué)03－覆蓋能力：又稱深鍍能力指金屬能否覆蓋全部受鍍表面通常影響覆蓋能力的因素：

析出電位：電位越正，有利于提高覆蓋能力

基體材料特性：依材料不同各異，通常金屬析出過電位與氫析出過電位相反

基體材料表面狀態(tài)：光滑、潔凈→有利于覆蓋粗糙、油污→不利于覆蓋082005FH24電鍍工藝學(xué)03－37覆蓋能力：又稱深鍍能力指金屬能否覆蓋全部受鍍表面082覆蓋能力的測(cè)定：1直角陰極法25082005FH25電鍍工藝學(xué)03－37覆蓋能力的測(cè)定：25082005FH25電鍍工藝學(xué)03－2內(nèi)孔法082005FH26電鍍工藝學(xué)03－372內(nèi)孔法082005FH26電鍍工藝學(xué)03－373凹穴法082005FH27電鍍工藝學(xué)03－373凹穴法082005FH27電鍍工藝學(xué)03－372.6.5電解液的整平能力電解液的整平能力：整平作用是指鍍液能使鍍層表面更加平滑的能力。

在微觀粗糙的金屬表面上電流和金屬分布與鍍液的整平能力有關(guān)。微觀粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm，而波峰間距離又很小的粗糙表面。這種表面有兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是在微觀輪廓面上峰谷差異較小，電力線分布可以認(rèn)為是均勻的，所以，波峰處的電勢(shì)與波谷處的電勢(shì)近似相等；二是擴(kuò)散層厚度大于波谷深度，造成波峰和波谷處的擴(kuò)散層厚度不同。082005FH28電鍍工藝學(xué)03－372.6.5電解液的整平能力082005FH28電鍍工藝三種類型的整平劑作用整平作用谷/峰鍍層厚度電流密度比i谷/i峰金屬離子電沉積的控制步驟添加劑阻化作用的控制步驟幾何整平（a）≈1≈1電化學(xué)無阻化或表面步驟負(fù)整平（b）＜1＜1擴(kuò)散無阻化或表面步驟正整平（c）＞1＞1電化學(xué)擴(kuò)散步驟082005FH29電鍍工藝學(xué)03－37三種類型的整平劑作用整平作用谷/峰電流密度比金屬離子電沉積的整平劑特點(diǎn)：1能強(qiáng)烈阻化陰極過程，提高極化50－120mV（光亮劑只能提高10－30mV）2能夾雜在鍍層中或在陰極上還原而被消耗3整平劑在峰處的吸附量大于谷處的吸附量082005FH30電鍍工藝學(xué)03－37整平劑特點(diǎn)：082005FH30電鍍工藝學(xué)03－37082005FH31電鍍工藝學(xué)03－37082005FH31電鍍工藝學(xué)03－37δ有效＝擴(kuò)散層的有效厚度D=反應(yīng)粒子的擴(kuò)散系數(shù)ν＝動(dòng)力粘度（粘度/密度）ω＝旋轉(zhuǎn)角速度可以通過改變旋轉(zhuǎn)圓盤電極的轉(zhuǎn)速來模擬微觀表面的峰與谷高速表示峰（δ?。┑退俦硎竟龋é拇螅?/p>

082005FH32電鍍工藝學(xué)03－37δ有效＝擴(kuò)散層的有效厚度可以通過改變旋轉(zhuǎn)圓盤電極的轉(zhuǎn)速來模擬082005FH33電鍍工藝學(xué)03－37082005FH33電鍍工藝學(xué)03－37思考題031什么是電解液的分散能力？2什么是電解液的覆蓋能力？3什么是整平能力？有哪幾種類型？4什么是初次電流分布？5什么是二次電流分布？6影響分散能力的因素又哪些？7影響覆蓋能力的因素有哪些？8整平劑的特征是什么？9擴(kuò)散層厚度大表示微觀的峰還是谷？10提高旋轉(zhuǎn)圓盤電極轉(zhuǎn)速，電流密度減小，整平劑為哪種類型？082005FH34電鍍工藝學(xué)03－37思考題031什么是電解液的分散能力？082005F思考題0311微觀粗糙指：波－谷尺度差為？12電流效率與電流密度變化有哪些類型？13測(cè)定覆蓋能力的方法有哪些？14測(cè)定整平劑特性可用什么方法？15測(cè)定分散能力的方法有哪些？16電鍍時(shí)，電力線分布的特點(diǎn)？082005FH35電鍍工藝學(xué)03－37思考題0311微觀粗糙指：波－谷尺度差為？082謝謝！082005FH36電鍍工藝學(xué)03－37謝謝！082005FH36電鍍工藝學(xué)03－37電鍍工藝學(xué)Platingtechnology

ChapterⅢElectrolytedispersingpower

第三章電解液分散能力

082005FH37電鍍工藝學(xué)03－37電鍍工藝學(xué)PlatingtechnologyCh電解液分散能力的基本概念分散能力（或稱均鍍能力）:就是電解液能使零件表面鍍層的厚度均勻分布的能力。

若鍍層在陰極表面分布的比較均勻，就認(rèn)為這種電解液具有良好的分散能力；在各種電解液中，氰化物電解液的分散能力比較好，普通酸性鍍銅和鍍鋅等簡(jiǎn)單鹽電解液的分散能力較差，鍍絡(luò)電解液的分散能力更差。覆蓋能力（或稱深鍍能力）：在一定的電解條件下，電解液能使鍍層沉積金屬覆蓋整個(gè)表面的能力。

由于電流密度的不均勻，在較低電流密度區(qū)極化小，達(dá)不到金屬的析出電位，零件的深凹處沒有金屬鍍層覆蓋。082005FH38電鍍工藝學(xué)03－37電解液分散能力的基本概念082005FH2電鍍工藝學(xué)03

2.6電流與金屬在陰極上的分布

為了提出電解液分散能力的數(shù)學(xué)表達(dá)式，首先討論電流在陰極表面分布的問題。當(dāng)支流電通過電解槽時(shí)，可能會(huì)遇到三部分的阻力：1金屬電極的歐姆電阻：R電極2電解液的歐姆電阻：R電液3發(fā)生在固體電極與電解液（金屬/溶液）兩相界面上的阻力（阻抗）R極化這種阻力是由于電化學(xué)或放電離子擴(kuò)散過程緩慢引起的，就是由于電化學(xué)極化和濃差極化造成的?？傻刃У姆Q為極化電阻。

082005FH39電鍍工藝學(xué)03－372.6電流與金屬在陰極上的分布082圖2－7082005FH40電鍍工藝學(xué)03－37圖2－7082005FH4電鍍工藝學(xué)03－37根據(jù)歐姆定律：

近陰極的電流I1=（3-1）遠(yuǎn)陰極的電流I2=（3-2）(3-3)082005FH41電鍍工藝學(xué)03－37根據(jù)歐姆定律：082005FH5電鍍工藝學(xué)03－37

2.6.1初次電流分布假設(shè)陰極極化不存在時(shí)的電流分布為初次電流分布，此時(shí)R極化≈0初次分布時(shí)：因電解液的電阻R=ρL/S，由于遠(yuǎn)近陰極的面積S相同，同樣電解液的電阻率也相同，因此:（K=常數(shù)）（3-4）可見，當(dāng)陰極極化不存在時(shí)，近陰極和遠(yuǎn)陰極上的電流密度與它們和陽(yáng)極的距離成反比。這種電流分布最不均勻。082005FH42電鍍工藝學(xué)03－372.6.1初次電流分布082005FH6電

2.6.2二次電流分布在陰極極化存在時(shí)的電流分布稱為二次電流分布。實(shí)際電流分布的表達(dá)式如下（3-3）。在實(shí)際電鍍生產(chǎn)中，陰極極化總是存在的。當(dāng)陰極極化存在時(shí)，由于近陰極電流密度大，從一般電化學(xué)規(guī)律看，近陰極的極化應(yīng)該大于遠(yuǎn)陰極，既R極化1＞R極化2因此I1/I2更接近于1。說明在有陰極極化時(shí)的電流分布更均勻。

3－3082005FH43電鍍工藝學(xué)03－372.6.2二次電流分布3－3082005FH

當(dāng)直流電通過電解槽時(shí)，近陰極和遠(yuǎn)陰極與陽(yáng)極的兩個(gè)并聯(lián)電路上的電壓相同，既：V1=V2=V

I1R1-Φk1=I2R2-Φk2

式中：I1和I2近陰極和遠(yuǎn)陰極的電流R1和R2近陰極和遠(yuǎn)陰極與陽(yáng)極間電解液的電阻Φk1和Φk2近陰極和遠(yuǎn)陰極的電極電位。I1R1=Φk1-Φk2+I2R2（3-5）082005FH44電鍍工藝學(xué)03－37082005FH8電鍍工藝學(xué)03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得因I/S=D所以：設(shè)L2=L1+ΔL

經(jīng)整理得：（3-6）082005FH45電鍍工藝學(xué)03－37把此式和R=ρL/S代入（3-5）得082005FH9電因?yàn)殡娮杪实牡箶?shù)就是電導(dǎo)率所以教材中2－3082005FH46電鍍工藝學(xué)03－37因?yàn)殡娮杪实牡箶?shù)就是電導(dǎo)率所以教材中2－3082005F式中：就式陰極的實(shí)際電流分布；

κ電解液電導(dǎo)率ΔL遠(yuǎn)近陰極與陽(yáng)極距離之差；為極化率（度）即陰極極化曲線的斜率（電位隨電流密度的變化率）

082005FH47電鍍工藝學(xué)03－37式中：就式陰極的實(shí)際電2.6.3金屬在陰極上的分布如果電流效率在遠(yuǎn)陰極上和近陰極上相同，也可以用鍍層的金屬重量比代替電流比。如果電流效率在遠(yuǎn)陰極上和近陰極上不同，則還要考慮電流效率082005FH48電鍍工藝學(xué)03－372.6.3金屬在陰極上的分布如果電流效率在遠(yuǎn)陰極影響金屬在陰極上分布的因素還有1電流效率082005FH49電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上082005FH13電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上分布的因素還有2電力線分布我們把在電場(chǎng)作用下離子運(yùn)動(dòng)的軌跡形象地稱為電力線

082005FH50電鍍工藝學(xué)03－37影響金屬在陰極上082005FH14電鍍工藝學(xué)03－37電解槽082005FH51電鍍工藝學(xué)03－37電解槽082005FH15電鍍工藝學(xué)03－37解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法1形象陽(yáng)極2輔助陰極082005FH52電鍍工藝學(xué)03－37解決遠(yuǎn)近陰極影響的方法082005FH16電鍍工藝學(xué)032.6.4電解液的分散能力和覆蓋能力分散能力：指金屬的宏觀分布

通常用實(shí)際電流分布與初次電流分布的相對(duì)偏差表示：（2－5）式中T電解液分散能力（－100％～+100%）M金屬分布（M1/M2）K初次電流分布082005FH53電鍍工藝學(xué)03－372.6.4電解液的分散能力和覆蓋能力（2－5）式中T

分散能力的其他表達(dá)式082005FH54電鍍工藝學(xué)03－37分散能力的其他表達(dá)式08200分散能力的測(cè)定1彎曲陰極法X面鍍層的厚度D=0.5－1A/dm2電鍍20min082005FH55電鍍工藝學(xué)03－37分散能力的測(cè)定X面鍍層的厚度082005FH19電鍍工藝2遠(yuǎn)近陰極法

K＝5或2電鍍30min082005FH56電鍍工藝學(xué)03－372遠(yuǎn)近陰極法082005FH20電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽利用電流密度在遠(yuǎn)近陰極上分布不同的特點(diǎn)，赫爾（Hull）1935年設(shè)計(jì)了一種平面陰極和平面陽(yáng)極構(gòu)成一定斜度的小型電鍍實(shí)驗(yàn)槽，叫做赫爾槽。由于赫爾槽結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，目前國(guó)內(nèi)外廣泛的應(yīng)用于電鍍實(shí)驗(yàn)和工廠生產(chǎn)的質(zhì)量管理，已成為電鍍工作者不可缺少的實(shí)驗(yàn)工具。082005FH57電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽082005FH21電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽結(jié)構(gòu)尺寸082005FH58電鍍工藝學(xué)03－37霍爾槽結(jié)構(gòu)尺寸082005FH22電鍍工藝學(xué)03－372霍爾槽法D=0.5－3A/dm2電鍍10－15min一般為5082005FH59電鍍工藝學(xué)03－372霍爾槽法一般為5082005FH23電鍍工藝學(xué)03－覆蓋能力：又稱深鍍能力指金屬能否覆蓋全部受鍍表面通常影響覆蓋能力的因素：

析出電位：電位越正，有利于提高覆蓋能力

基體材料特性：依材料不同各異，通常金屬析出過電位與氫析出過電位相反

基體材料表面狀態(tài)：光滑、潔凈→有利于覆蓋粗糙、油污→不利于覆蓋082005FH60電鍍工藝學(xué)03－37覆蓋能力：又稱深鍍能力指金屬能否覆蓋全部受鍍表面082覆蓋能力的測(cè)定：1直角陰極法25082005FH61電鍍工藝學(xué)03－37覆蓋能力的測(cè)定：25082005FH25電鍍工藝學(xué)03－2內(nèi)孔法082005FH62電鍍工藝學(xué)03－372內(nèi)孔法082005FH26電鍍工藝學(xué)03－373凹穴法082005FH63電鍍工藝學(xué)03－373凹穴法082005FH27電鍍工藝學(xué)03－372.6.5電解液的整平能力電解液的整平能力：整平作用是指鍍液能使鍍層表面更加平滑的能力。

在微觀粗糙的金屬表面上電流和金屬分布與鍍液的整平能力有關(guān)。微觀粗糙表面通常是指波谷深度小于0.5mm，而波峰間距離又很小的粗糙表面。這種表面有兩個(gè)基本特點(diǎn)：一是在微觀輪廓面上峰谷差異較小，電力線分布可以認(rèn)為是均勻的，所以，波峰處的電勢(shì)與波谷處的電勢(shì)近似相等；二是擴(kuò)散層厚度大于波谷深度，造成波峰和波谷處的擴(kuò)散層厚度不同。082005FH64