脉冲电镀的研究现状

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1、脉冲电镀的研究现状刘勇，李莉，魏子栋（重庆大学化学化工学院，重庆，400044）[摘要]本文适当介绍了脉冲电镀的工作原理、特点、波形种类等，并对近几年来脉冲电镀电镀在镀锌、镀铬、镀镍、镀铜、镀金、镀银及其合金等领域的的应用研究现状做了简单回顾，最后还对脉冲电镀在今后的发展前景提出了个人的看法。[关键词]脉冲电流电镀纳米晶1引言脉冲电镀是上世纪60年代发展起来的一种电镀技术，因为它的应用范围极广，它不但在各种常规镀种的高速电镀上应用，而且在印制版HDI通孔酸性镀铜上，在制造纳米晶、纳米多层膜时，应用脉冲电镀都比直流电镀好[1]。其工作原理主要是利用电流（或电压）脉冲的张弛增加阴极的活化

2、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[2][3]。脉冲电镀电气参数组要有：脉冲电流密度jp、平均电流密度jm=jpD%、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D=Ton:Toff。脉冲电镀特点主要体现在以下四个方面：(1)能够得到孔隙率低的致密的导电率高的沉积层，因此具有良好的防护能力；(2)降低了浓差极化，提高了阴极的电流密度，从而能够达到提高镀速的作用；(3)消除氢脆，镀层应力得以改

3、善；(4)减少了添加剂的使用，提高镀层纯度，成分稳定，深镀能力强。脉冲电镀波形繁多，很多种类都还有待开发。但一般可分为单脉冲电镀（正弦波脉冲电镀、锯齿波脉冲电镀、方波脉冲电镀、多波形脉冲电镀）和双脉冲电镀（周期换向型脉冲电镀）。在实际使用中，方波脉冲电镀使用较为普遍，多用于无特殊要求的镀金、银、镍等场合，多波形脉冲电源多应用于合金类表面硬质氧化，而换向型脉冲对于表面要求高的场合是较为理想的，如精密仪器、电子元件陶瓷基片表面处理等[4]。2应用研究2.1脉冲镀锌及其合金电镀锌是应用最广泛的一个镀种之一，作为黑色金属的防护镀层，目前碱性锌酸盐镀锌应用得比较广泛。为了进一步提高镀锌层的防护

4、性能高，张景双等[5]作了通过脉冲电镀技术提高锌镀层性能的研究。认为脉冲电镀的最佳工艺参数为：jm=2A/dm2、f=100Hz，D=1:10,在此条件下得到的镀层，比直流电镀的镀层光亮细致、耐蚀性好；加入反向电流，在该体系中得不到良好的镀层；在无添加剂的碱性镀锌体系中，用脉冲电流电镀能够得到良好的镀层，但可采用的平均电流密度范围较窄；利用脉冲电镀可以减少添加剂的用量。Sidney等人[6]对锌合金镀层Zn-Ni进行了脉冲电镀研究，所采用的镀液pH为3.5，组成为30g/LH3BO3，160g/LKCl，135g/LNiCl2和130g/LZnCl2，脉冲参数为Ton=1ms，Tof

5、f=10ms，jm=92mA/cm2，jp=550mA/cm2。发现脉冲电镀比直流电镀呈现更细的颗粒，而且镍的含量增加，当然温度的增加将促进镍的沉积，另外耐腐蚀性明显提高。Ohgai[7]也对硫酸盐脉冲电镀Zn-Cr合金中沉积电流效率和镀层中含铬量与电流密度之间的关系进行了研究了，认为在脉冲电流上叠加直流电流后，可抑制铬在脉冲电流断开期间的再氧化，从而提高镀层中的含铬量。2.2脉冲镀铬及其合金铬镀层具有较高的硬度，耐磨性能良好，而且因为铬层轻微钝化具有较好的抗腐蚀性能，再加上它光泽度良好，所以功能及装饰镀铬被广泛应用在轻工、机械制造行业，人们日常生活中也有大量的镀铬产品，尤其是随着人

6、们环保意思的加强，三价铬电镀的兴起，更是为脉冲电镀在镀铬领域的应用创造了契机。Krishnan等[8]研究了周期换向脉冲电流对铬沉积层的影响，通常采用纹波系数低于5%的三相整流电源。通过比较直流、直流中断和周期换向脉冲镀铬，结果发现，周期换向脉冲镀铬(阴极时间175s，阳极时间5s）比直流镀铬和直流中断镀铬(阴极时间175s，空载5s)所得到的铬沉积层的晶粒更加细致均习，硬度提高，甚至在高电流密度时也很少瘤状沉积物生成。他们认为这是应为当换向电流通过时阴极极化消失，凸出晶粒被溶解，因而，从出现微观结构上看周期换向电流改善了金属分布和沉积层的光亮性。三价铬槽相对六价铬槽具有毒性低的特点

7、，但直流电流在三价铬槽获得厚铬镀层较困难。Song[9]用含次磷酸钠络合剂的甲酸氨三价铬糟脉冲电沉积可获得厚硬铬镀层，并使镀层的内应力降低了25％—75％。测量了脉冲频率、电流密度与电流效率的关系，以及电流密度、脉冲条件与镀层内应力之间的关系。获得最佳镀层的镀液配方为：(1)CrCl3·6H2O0.4mol/L、HCOONH40.6mol/L、NaOOCCH30.02mol/L、NH4Cl1.5mol/L、KCl0.5mol/L、H3BO30.7mol/L