电镀工艺搅拌的影响.doc

电镀工艺管理 ——搅拌对电镀过程的影响对 于 电 镀 过 程 而 言 ， 搅 拌 是 从 广 义 上 讲 的 凡 是 导 致 电 解 液 作 各 种流 动 的 方 式 ， 都 称 为 搅 拌 在 电 镀 过 程 中 ， 搅 拌 除 了 加 速 溶 液 的 混 合 和使 温 度 、 浓 度 均 匀 一 致 以 外 ， 主 要 是 促 进 物 质 的 传 递 过 程 由 于 搅 拌 在消 除 浓 差 极 化 和 提 高 电 流 密 度 方 面 的 显 著 作 用 ， 因 此 ， 大 部 分 电 镀工 艺 都 采 用 了 搅 拌 技 术 那 么 搅 拌 究 竟 是 怎 么 样 影 响 电 镀 过 程 的 呢 ?在 讨 论 这 个 问 题 之 前 ，先 介 绍 一 下 搅 拌 的 方 式 和 搅 拌 程 度 的 定 量 表 示 方 法 1)搅 拌 的 方 式 ① 阴 极 移 动 阴 极 移 动 是 电 镀 过 程 中 应 用 最 多 的 方 法 这 是 以 电 机带 动 变 速 器 并 将 转 动 转 化 为 平 动 的 方 法 阴 极 移 动 设 备 属 非 标 准 设 备 ，但 已 经 有 专 门 的 企 业 生 产 这 种 装 置 。

阴 极 移 动 量 的 单 位 一 般 是m／ min， 但 是 也 有 的 工 艺 用 次 ／ min 表 示 ， 因 为 对 于 阴 极 移 动 而 言 ，移 动 的 频 率 比 移 动 的 距 离 更 为 重 要 移 动 的 距 离 受 槽 子 的 长 度 等 的 影 响会 有 所 不 同 ， 但 对 于 移 动 的 次 数 (频 率 )， 则 对 于 任 何 尺 寸 的 槽 子 都是 一 样 的 实 际 上 当 工 艺 规 定 为 m／ min 时 ， 都 还 要 根 据 镀 槽 的 长 度来 确 定 每 次 可 以 移 动 的 距 离 后 ， 再 换 算 成 每 分 钟 移 动 的 次 数 ， 例 如 ， 某工 艺 规 定 的 阴 极 移 动 速 度 为 2m／ min， 而 镀 槽 的 长 度 允 许 阴 极 每 次 移动 的 最 大 幅 度 为 0.2m， 则 这 时 的 阴 极 移 动 频 率 为 10 次 ／ mim， 常用 的 阴 极 移 动 量 为 l0～ 15 次 ／ min， 或 2～ 5m／ min② 空 气 搅 拌 空 气 搅 拌 是 电 镀 中 用 得 较 多 的 搅 拌 方 式 。

采 用 空 气 搅拌 时 ， 压 缩 空 气 必 须 是 经 过 净 化 装 置 净 化 过 的 ， 因 为 直 接 从 空 气 压 缩 机中 出 来 的 压 缩 空 气 ， 难 免 会 带 有 油 、 水 等 杂 质 ， 如 果 带 入 镀 槽 ， 对 电 镀层 质 量 会 造 成 不 利 的 影 响 空 气 搅 拌 用 量 的 表 示 的 单 位 是 每 分 钟 每 立 方镀 液 多 少 升 即 L／ (m3·min)， 强 力 空 气 搅 拌 时 ， 可 达 成500L／ (m3·min)③ 镀 液 循 环 镀 液 循 环 现 在 已 经 是 很 流 行 的 方 式 因 为 采 用 镀 液 循环 时 多 半 是 用 的 过 滤 机 ， 这 样 可 以 在 搅 拌 镀 液 的 同 时 净 化 镀 液 ， 一 举 而两 得 当 然 ， 有 时 也 可 以 不 加 入 滤 芯 ， 单 纯 地 进 行 镀 液 的 循 环 循 环 量的 表 示 方 法 是 m3／ min 或 者 m3／ h， 要 根 据 所 搅 拌 镀 液 的 总 液 量 来 确定 所 用 的 过 滤 机 ， 因 为 过 滤 机 的 流 量 单 位 也 是 m3／ min， 因 此 ， 可以 根 据 工 艺 对 流 量 的 规 定 选 定 相 应 的 循 环 过 滤 装 置 。

④ 磁 力 搅 拌 磁 力 搅 拌 多 用 于 实 验 或 小 型 电 镀 装 置 这 是 以 电 机 带动 永 久 磁 铁 旋 转 ， 由 旋 转 的 磁 铁 再 以 磁 力 带 动 放 置 在 电 解 液 内 的 磁 敏 感搅 拌 装 置 旋 转 ， 从 而 达 到 高 速 搅 拌 的 效 果 磁 力 搅 拌 的 单 位 实 际 上 就 是电 机 的 转 速 ， 即 r／ min ⑤ 阴 极 往 返 旋 转 这 是 类 似 阴 极 移 动 的 装 置 但 阴 极 所 做 的 不 是 平行 的 来 回 移 动 ， 而 是 以 主 导 电 杆 为 轴 的 正 反 旋 转 运 动 现 在 也 已 经 有 这种 设 备 销 售 所 用 的 量 表 示 为 每 分 钟 次 数 (次 ／ min)⑥ 超 声 波 搅 拌 超 声 波 搅 拌 的 作 用 比 通 常 的 机 械 类 搅 拌 大 得 多 ， 是特 殊 的 搅 拌 方 式 适 合 于 要 求 很 高 的 某 些 重 要 的 电 镀 过 程 ⑦ 螺 旋 桨 搅 拌 这 是 机 械 搅 拌 中 最 原 始 的 模 式 。

主 要 是 用 于 电 解 液的 配 制 或 活 性 炭 处 理 等 如 果 用 于 镀 液 的 搅 拌 ， 由 于 转 速 太 快 而 需 要 用减 速 器 减 速 单 位 为 每 分 钟 转 数 (r／ min)2)搅 拌 对 传 质 过 程 的 影 响在 前 面 的 内 容 中 已 经 知 道 传 质 是 电 极 过 程 中 的 重 要 步 骤 在 标 准 情况 下 的 传 质 过 程 是 由 于 电 解 质 溶 液 中 存 在 浓 度 、 温 度 的 差 异 等 而 引 起 的溶 液 内 物 质 的 流 动 这 种 情 况 下 的 流 动 速 度 是 非 常 缓 慢 的 ， 在 发 生 电 极反 应 时 ， 很 快 就 会 在 阴 极 区 内 造 成 反 应 离 子 的 缺 乏 ， 阴 极 发 生 浓 差 极 化 这 时 ， 采 取 搅 拌 措 施 就 可 以 弥 补 自 发 性 传 质 不 足 带 来 的 电 极 反 应 受 阻 ，并 且 使 极 限 电 流 密 度 提 高 从 而 在 保 证 电 镀 质 量 的 同 时 提 高 电 极 反 应 的速 度 搅 拌 能 使 电 镀 液 在 较 高 的 电 流 密 度 下 工 作 对 电 镀 过 程 是 有 着 重 要意 义 的 。

这 对 于 获 得 光 亮 良 好 的 镀 层 有 着 重 要 作 用 许 多 光 亮 添 加 剂 要求 在 较 高 的 电 流 密 度 下 工 作 ， 没 有 搅 拌 的 作 用 ， 在 高 电 流 区 很 容 易 发 生镀 层 的 粗 糙 ， 甚 至 于 出 现 烧 焦 现 象 许 多 电 镀 添 加 剂 是 有 机 大 分 子 ，甚 至 是 高 分 子 化 合 物 ， 离 子 的 半 径 都 比 较 大 ， 迁 移 的 速 度 较 低 ， 如 果没 有 搅 拌 作 用 的 促 进 ， 要 使 在 阴 极 吸 附 层 内 消 耗 的 添 加 剂 得 到 及 时 的 补充 是 有 困 难 的 搅 拌 还 可 以 加 速 电 极 反 应 所 产 生 的 气 体 的 逸 出 ， 比 如 ， 氢 气 的 析 出 ，从 而 减 少 镀 层 的 孔 隙 率 搅 拌 的 副 作 用 是 会 使 阳 极 的 溶 解 也 加 速 ， 有 时 会 超 过 阴 极 反 应 的 速度 而 致 使 镀 液 组 成 失 去 平 衡 如 果 阳 极 有 阳 极 泥 或 渣 生 成 时 ， 搅 拌 会 带起 这 些 机 械 杂 质 沉 积 到 镀 件 上 ， 当 然 这 是 指 强 力 搅 拌 时 的 情 况 ， 低 频 的阴 极 移 动 一 般 不 会 有 这 样 的 问 题 。

搅 拌 还 是 高 速 电 镀 的 重 要 手 段 ， 这 对于 提 高 生 产 效 率 是 特 别 有 意 义 的 3)搅 拌 与 高 速 电 镀高 速 电 镀 是 在 高 速 电 解 加 工 工 艺 的 迅 速 发 展 的 刺 激 下 发 展 起 来 的 自 1943 年 前 苏 联 的 拉 扎 林 科 发 表 了 利 用 电 容 器 放 电 进 行 金 属 钻 孔 加 工的 方 法 以 来 ， 高 电 流 密 度 的 电 解 加 工 方 法 在 各 国 迅 速 发 展 l958年 ， 美 国 阿 罗 加 德 公 司 发 表 了 以 普 通 电 镀 不 可 想 像 的 高 电 流 密 度 进 行 阳极 电 解 加 工 的 设 备 ， 这 种 设 备 在 电 解 液 的 流 速 成 为 l～ lOOm／ s 的条 件 下 ， 可 以 采 用 高 达 10000～ 100000A／ dm2 的 电 流 密 度 下 进 行 电解 加 工 这 种 惊 人 的 速 度 当 然 会 引 起 电 镀 技 术 工 作 者 的 关 注 ， 结 果是 使 电 镀 的 高 速 化 也 成 为 可 能 。

实 验 表 明 ， 采 用 普 通 的 搅 拌 手 段 ， 电 镀的 阴 极 电 流 密 度 的 变 化 值 ， 只 有 l0A／ dmz 左 右 而 采 用 高 速 搅 拌 ，阴 极 电 流 密 度 的 变 化 可 达 l00A／ dm2 左 右 现 在 已 经 实 现 的 高 速 电 镀的 方 法 有 如 下 几 种 ：① 镀 液 在 阴 极 表 面 高 速 流 动 的 方 法 这 个 方 法 可 根 据 镀 液 的 流 动 方式 又 可 分 为 平 流 法 和 喷 流 法 两 类 使 用 平 流 法 的 阴 极 电 流 密 度 可 达150～ 480A／ dm2， 沉 积 速 度 对 于 铜 、 镍 、 锌 可 达25～ 100µm／ min， 对 于 铁 是 25／ µm／ min， 对 于 金 是 18µm／ min，而 对 于 铬 是 l2µm／ min 以 上 普 通 镀 铬 使 用 搅 拌 会 降 低 电 流 效 率 ，但 对 于 高 速 镀 铬 ， 则 可 以 提 高 阴 极 电 流 效 率 ， 达 到 48％ (普 通 镀 铬的 电 流 效 率 只 12％ )。

例 如 也 在 铝 圆 筒 内 以 530A／ dm2 的 电 流 密 度镀 铬 2min， 可 以 得 到 50µm 的 镀 层 ② 阴 极 在 镀 液 中 高 速 运 动 的 方 法 根 据 运 动 相 对 性 原 理 ， 让 阴 极 (制件 )在 镀 液 中 作 高 速 运 动 ， 其 效 果 与 镀 液 作 高 速 流 动 是 大 同 小 异 的 ， 但是 ， 由 于 这 时 运 动 的 频 率 相 当 高 ， 已 经 不 适 合 让 阴 极 做 往 返 的 运 动 ， 而是 让 阴 极 高 速 振 动 和 旋 转 当 采 用 阴 极 振 动 时 ， 阴 极 的 振 幅 并 不 大 ， 只 有 几 毫 米 至 数 百 毫 米 但 是 频 率 则 为 几 赫 至 数 百 赫 这 种 阴 极 振 动 法 适 合 于 不 易 悬 挂 的 小 型 或异 形 制 件 设 备 的 制 造 也 比 较 容 易 阴 极 高 速 旋 转 的 方 法 适 合 于 轴 状 制 件 或 者 成 轴 对 称 的 制 件 这 种 高速 旋 转 的 电 极 上 的 电 流 密 度 也 可 以 达 到 上 述 高 速 液 流 法 中 的 水 平 。

③ 在 镀 液 内 对 电 极 表 面 进 行 摩 擦 的 方 法 这 个 方 法 是 在 镀 液 中 添 加固 体 中 性 颗 粒 ， 使 之 以 一 定 速 度 随 镀 液 冲 击 作 用 于 阴 极 的 制。