脉冲电镀研究现状.doc

脉冲电镀研究现状简述 1 脉冲电镀的原理及特点 脉冲电镀是20世纪60年代发展起来的一种电镀技术。其原理主要是利用电流（或电压）脉冲的张驰增加阴极的活化极化和降低阴极的浓差极化。当电流导通时，接近阴极的金属离子充分地被沉积；当电流关断时，阴极周围的放电离子恢复到初始浓度。这样周期的连续重复脉冲电流主要用于金属离子的还原，从而改善镀层的物理化学性能。脉冲电镀参数主要有：脉冲电流密度Jp、平均电流密度Jm=Jpγ、关断时间toff、导通时间ton、脉冲周期T(或脉冲频率f=1/T)、占空比γ=ton/(ton+toff)［1］1）降低浓极化，提高阴极电流密度。从而提高镀速频率越高，镀速越快缩短了电镀时间，为企业创造更好的效益。 2减少镀层的孔隙率，增强镀层的抗蚀性。由于均匀脉冲有张有弛，使得镀层的致密性得到非常有效的改善，孔隙率降低，几乎是完美无缺，抗蚀能力得到加强。 3消除氢脆，改善镀层的物理特性由于采用脉冲电源镀层和被镀物的导电率极高，致密性极好，几乎不会出现氢脆现象，经电镀后的表面光洁平整。 4降低镀层的内应力，提高镀层的韧性。由于脉冲电流电镀的一瞬间，电流及电流密度是非常强大，此时金属离子处在直流电源电镀实现不了的极高过电位下电沉积吸附能力极强大大提高镀层的韧性。 5减少镀层中杂质，提高镀层的纯度。因为在电镀的瞬间，脉冲电流只对金属离子作用，好比是过滤，这样，将有用的金属离子送到被镀物上沉积，而滤其杂质，提高镀层的纯度。6）降低添加剂的成份，降低成本。由于脉冲电镀的均匀，致密性好，光洁度高，存放时间长，一般镀件免加添加剂，有要求的镀件，也可少加添加剂。 脉冲单金属电镀，尤其贵金属电镀仍是脉冲电镀研究应用的重要领域，双向脉冲电镀工艺更显现出其突出的优点。除贵脉冲电镀Ni的研究较多, 广泛地用在汽车、机械、仪表及日用工业品中作为防护装饰性镀层或者镀金、镀铬的中间层。从它的这些应用来看,要求镀层具有相应的适应性能,如孔隙率低、硬度高、内应力小等。其中，周丽等人［2］采用瓦特镀镍液研究了脉冲占空比γ、平均电流密度Jm和温度对电沉积速率、镀层光亮度和镀层在w=3.5%的NaCl溶液中的耐蚀性的影响。结果表明镀层的电沉积速率随着占空比γ、平均电流密度Jm及温度的增大而加快；镀层耐蚀性、光亮度随脉冲占空比增大而变差，随温度、平均电流密度的增大先变好后变差。较佳的脉冲电镀条件为：平均电流密度0.75A/dm2，脉冲占空比5%，温度45～50℃，pH=2.5～3.0。张玉碧等人［3］同样采用瓦特镀镍液研究了脉冲参数对纯镍镀层微观形貌与显微硬度的影响。结果表明：镀层表面形貌为胞状结构；随着脉冲峰值电流密度的增加，胞状结构的尺寸逐渐变小，镀层显微硬度先增加后减小；随着占空比的减小，最大显微硬度值对应的峰值电流密度增大，占空比减小到一定值后，峰值电流密度的改变对显微硬度影响不再明显。汤皎宁等人［4］作了脉冲镀Ni与直流镀Ni性能的比较。结果表明，脉冲镀层在干摩擦抗腐蚀液中的耐磨损性比直流镀层有较大提高，尤其梯形波脉冲镀层的耐磨性能最好，镀态和经过热处理的镀层晶粒均为纳米晶。侯丛福等人［5］也作了脉冲镀层与直流镀层的性能比较，认为脉冲镀Ni层结晶细密、孔隙率低、内应力低和硬度提高主要是存在（200）晶面择优取向的结果。 徐赛生等人［6］比较了直流和脉冲两种电镀条件下Cu互连线的性能以及电阻率、织构系数、晶粒大小和表面粗糙度的变化。实验结果表明，在相同电流密度条件下，脉冲电镀所得Cu镀层电阻率较低，表面粗糙度较小，表面晶粒尺寸和晶粒密度较大，而直流电镀所得镀层(111)晶面的择优程度优于脉冲。 冯辉等认为［7］脉冲电镀得到的铬镀层结构不同于直流镀层，其孔隙率低，裂纹数目少，双向脉冲电镀铬可在电镀过程中不断修饰镀层表面，在特定条件下还可获得多层纳米晶结构，可大幅度改善镀铬层的抗腐蚀性能。 温辉研究发现［8］脉冲电镀银的最佳工艺参数为：频率700Hz，占空比20％，双脉比12—14：1，在同等的工艺参数条件下普通电源电镀与脉冲电镀相比较，其电镀的沉积率有了大约30％的提高。 2.2脉冲合金电镀及复合电镀 脉冲电源尤其智能化的脉冲电源，可以精确控制槽端电压及具有恒流、恒压功能，被广泛用于合金电镀以控制其合金组分比例，与直流电镀相比，具有明显的优点。 章红春等人［9］研究了镀液中氧化锌、亚铁离子和络合剂浓度、脉冲电流参数对镀层中铁含量的影响，获得了铁的质量分数为0.3%～0.6%的电镀锌-铁合金工艺，并通过中性盐水浸泡实验确定了最佳耐蚀镀层的工艺条件。结果表明，最佳工艺条件为ZnO 10～14g/L、NaOH 100～140g/L、FeSO4 0.25～0.5g/L、络合剂20～25g/L、光亮添加剂2～4mL/L，脉冲频率125Hz、工作比