脉冲电镀镍基合金的研究

研究生课程论文

课程名称 电化学研究

授课学期

第学期

学院 化学与药学学院

专 业 化学工艺

学

姓号 2014011068 名 韦梦梅

任课教师 王红强

交稿日期 2015年1月16日

成绩 阅读教师签名

日 期

广西师范大学研究生学院制

脉冲电镀电镀镍基合金镀层的工艺研究

专业：化学工艺 姓名：韦梦梅 学号：2014011068 授课老师：王红强

摘要：电镀镍层具有良好的耐蚀性、耐磨性和装饰性，电镀镍基合金及其复合镀层能够进一步提高电镀镍层的综合性能，受到了广泛的研究和应用。综述了脉冲电镀理论及机理，介绍了电镀镍基合金及其复合镀层的研究现状和发展趋势。

关键词：电镀，镍基合金电镀层，脉冲机理，研究现状

Abstract: Electroplated nickel coating has good corrosion resistance，abrasive resistance and decorative properties． Electroplated nickel-based alloy and its composite coating have been widely researched and used due to they can improve comprehensive performance of the coating． In this article，The Principle and advantage of Pulse electrodeposition were intro-duced . development trend of the electroplated nickel-based alloy and its composite coating were introduced．

Keywords: electroplating; nickel-based alloy coating; principle ;research status

1引言

镍由于具有较好的耐蚀性，室温时在空气中抗氧化性能好，不与浓硝酸反应，能耐碱腐蚀等特性，广泛用于航天、汽车、电子、计算机、石油、印刷、纺织及医疗器械等行业。随着社会和经济的飞速发展，单一的镀镍技术已不能满足产品高性能、多功能的要求。在电镀镍层中加入其他合金元素或微粒，形成合金镀层或复合镀层，是提高单一电镀镍层综合性能的重要途径，成为研究热点，并受到广泛的应用[1,2]。合金电镀指两种或两种以上金属离子在阴极上共沉积形成均匀细致镀层的一种电镀工艺。金属共沉积过程需要[3]至少一种金属离子能单独从水溶液中电解析出，且共沉积的金属元素的电位相近。在电沉积过程，向镀液中加入不溶性化合物粒子，形成复合镀层，可使镀层具有某些特殊性能或功能[2-4]。脉冲电沉积是优于直流电镀的电化学表面改性工艺,脉冲电沉积的微观形貌和结构依赖于晶粒的细化及长大。本文介绍了脉冲电镀基本原理，并介绍了电镀镍基合金及其复合镀层的研究现状和发展趋势。

2脉冲电镀的基本概念

2.1脉冲电镀的基本原理

将电镀反应装置与脉冲电源相连接构成的电镀体系,其所进行的电镀过程就是脉冲电镀。脉冲电镀与直流电镀的区别在于应用了脉冲电源。脉冲电镀过程,脉冲电源所用的电流的波形有方波、正弦半波、锯齿波和间隔锯齿波等多种波形。实践证明,以方波脉冲电镀应用广、效果佳[5-6]。图1.1为典型方波脉冲镀波形及参数示意图

当电镀反应装置接以脉冲电源以后,电流从接通到断开的时间ton为脉冲持续时间,也叫脉冲宽度,即电镀的工作过程;电流从断开到接通的时间toff为电镀的间歇时间,或叫脉冲间隔,即不工作的过渡过程。

脉冲周期：

(1)

脉冲频率：

(2)

导通时间与周期之比为占空比：

(3) 峰值电流密度和平均电流密度、占空比之间的关系为：

(4)

2.2 脉冲电镀技术特点

脉冲电镀所依据的电化学原理主要是利用电流(或电压)脉冲的张弛增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化,从而改善镀层的物理化学性能。用直流电电镀时,在阴极和溶液界面处形成较厚的扩散层,使阴极表面金属离子浓度降低产生浓差极化,限制了电沉积的速度,使用较大的电流密度不但不能提高镀速,反而使阴极上的氢气析出量增加,电流效率降低,镀层质量变坏出现氢脆、针孔、麻点、烧焦和起泡等。脉冲电镀由于有关断时间,被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近、当下一个导通时间到来时,阴极附近的金属离子浓度得以恢复,故可以使用较高的电流密度。脉冲电镀峰值电流可以大大高于平均电流,促使晶种的形成速度高于晶体长大的速度,使镀层结晶细化,排列紧密,孔隙减少,硬度增加

[7]。

通常,导通时间要求由阴极扩散层建立速率和在阴极表面金属离子相反地被消耗速率来确定。而关断时间则要求由受特定镀液离子迁移率控制的阴极扩散层的消失速率来确定。金属离子的迁移率不仅因金属的不同而不同,而且还与溶液的组成、温度、pH值以及所用的添加剂等有关、脉冲频率应由扩散层恢复到它的初始浓度快慢来确定。

基于以上脉冲镀技术的特点,将脉冲镀技术的优点归纳如下:

①脉冲电镀层的金属晶粒度小、镀液分散能力强、深镀能力好,因此可以获得致密、光亮、均匀和具有较好防护性能的镀层。为了达到同样的技术指标,采用脉冲电镀可以用比较薄的镀层代替较厚的直流电镀层,因而脉冲电镀可以节省原材料,尤其在节约贵金属例如金、银等方面具有很大的潜力和重大意义。

②脉冲电镀中,扩散层周期间歇式形成,从而减薄了扩散层的实际厚度。降低浓差极化,提高了阴极极限电流密度,因而有可能提高金属的沉积速度。

③消除氢脆,改善镀层的物理性能。

④减 …… 此处隐藏：4979字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……