超聲波對(duì)硫酸鎳體系電沉積過程及鍍層性能的影響.pdf_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

1、鎳的沉積速度是電沉積鎳工藝的一個(gè)主要參數(shù)。在電沉積過程中,鎳的沉積速度主要取決于液相擴(kuò)散步驟、表面轉(zhuǎn)化步驟和電化學(xué)反應(yīng)步驟。對(duì)于硫酸鎳電鍍液體系,當(dāng)電流密度過高時(shí),擴(kuò)散步驟將成為電沉積過程的控制步驟,鍍液體系存在濃度極化,陰極電流密度存在極限電流密度。在鎳的電沉積過程中,鎳的還原析出服從法拉第第一定律一物質(zhì)的析出量與通過的電量成正比,即鎳的沉積速度與電流密度成正比。通過消除或減小鍍鎳液體系的濃度極化,提高鍍鎳液的極限電流密度就可以提高容

2、許電流密度的上限,加大鎳的沉積速度。 本文通過硫酸鎳電鍍液體系陰極極化曲線的測(cè)試與分析,并結(jié)合在鐵基體上電沉積鎳鍍層的實(shí)驗(yàn)對(duì)硫酸鎳電鍍液體系的濃度極化特性及容許電流密度上限的判定進(jìn)行了討論。通過在超聲波中電沉積鎳鍍層的實(shí)驗(yàn),探討了超聲波對(duì)硫酸鎳電鍍液體系的極限電流密度以及容許電流密度上限的影響;探討了超聲波對(duì)電沉積過程中鎳沉積速度的影響以及對(duì)電鍍鎳層性能的影響;討論了不同的超聲施加方式及超聲波功率對(duì)沉積速度、鍍層硬度和孔隙率的影

3、響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析表明: (1)硫酸鎳電鍍液體系是具有擴(kuò)散極化特征的體系。從硫酸鎳鍍液陰極極化曲線的分析可以看到,陰極電流密度隨著陰極電位的負(fù)移而逐漸增高,這說明隨著陰極過電位的加大,陰極極化程度加大,鎳的沉積速度加快;而當(dāng)陰極電位負(fù)移至-1.300V時(shí),因氫的析出加劇導(dǎo)致鍍膜破損,陰極電流密度出現(xiàn)拐點(diǎn),隨電位的負(fù)移而有所降低。拐點(diǎn)處的電流密度可作為容許電流密度上限,其值為12.75A/dm2。對(duì)照無超聲電鍍時(shí)鍍層沉積速度隨

4、陰極電流密度的變化曲線,在電流密度為12.51A/dm2處沉積速度出現(xiàn)拐點(diǎn),沉積速度不再隨電流密度的增大而增加。硫酸鎳鍍液陰極極化曲線的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)中無超聲電鍍時(shí)鍍層沉積速度的結(jié)果基本吻合,說明硫酸鎳電鍍液體系是具有擴(kuò)散極化特征的體系。 (2)超聲波的加入改善和優(yōu)化了電鍍操作條件,提高了鍍鎳液的極限電流密度和鍍層沉積速度。從電極過程動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看來,實(shí)質(zhì)上這是超聲波的機(jī)械振動(dòng)和空化現(xiàn)象在電鍍?nèi)芤褐袑?duì)擴(kuò)散層的特殊攪拌引起的強(qiáng)烈的去極化

5、作用。超聲波所產(chǎn)生的強(qiáng)烈攪拌作用,減小了電極表面擴(kuò)散層的厚度,提高了擴(kuò)散層中鎳離子的濃度梯度,加快了鎳離子的傳質(zhì)過程;超聲波的空化作用有利于氫的脫附逸出。 總之,超聲波的介入降低了硫酸鎳電鍍液的濃度極化程度,提高了電鍍液的極限電流密度,提高了容許電流密度的上限。 (3)電鍍過程中超聲波的介入能夠改善鍍層質(zhì)量。由于超聲波對(duì)電極表面的活化、脫氫和攪拌作用以及能量效應(yīng)改變了電結(jié)晶過程,使電鍍鎳層結(jié)晶細(xì)化,改善了鍍層的致密性。與

6、無超聲電鍍相比,在相同的高電流密度下進(jìn)行超聲電鍍,可以使鍍層厚度增加且均勻平整;鍍層結(jié)構(gòu)更為細(xì)密;鍍層硬度得到提高,提高范圍約為10.8%~58.3%;鍍層孔隙率降低。 (4)超聲施加方式(即超聲加載比)是一個(gè)重要的工藝方法,改變超聲波的施加方式可以改變鎳離子的沉積速度以及鍍層性能。實(shí)際操作中,可以根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)到合適的超聲施加方式。 (5)超聲波的功率對(duì)鎳的電沉積速度及鍍層性能有明顯影響,在一定范圍內(nèi)超聲功率與鎳的沉

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