电镀液性能检测都包含哪些指标？（下）-易镀表面处理

回答

前些天，我们已经分享了一些关于电镀液性能检测指标的上部分，今天接着分享剩下的几样指标检测。我们不妨进来学习一下吧！

电镀液检测对电镀产品质量、生产效率、环境保护以及工艺优化等都具有重要作用，因此，在电镀生产过程中应高度重视电镀液的检测工作，并不断完善检测手段和方法以适应工艺发展的需要。
覆盖能力的测定

1.直角阴极法选用厚度为0.2mm的软钢板或铜板做阴极，阴极背面绝缘，其形状尺寸如图1所示。

图1 直角阴极法测覆盖能力

测定时，阴极试样浸入镀液并使直角面正对阳极。电镀后以直角阴极弯曲处镀上金属的面积百分数评定镀液覆盖能力的好坏。此法仅适用于覆盖能力较差的镀液。2.平行阴极法平行阴极法常用于测定镀铬液的覆盖能力，试验装置及试样尺寸如图2所示。

图2平行阴极法测定覆盖能力

1—塑料块2—平行阴极(纯铜片，厚0.10.2mm)3—阳极[40mm×50mm，厚2～3mm(铅锡合金)]评价办法：以平行阴极内侧所镀上的镀层的情况进行评价。3.内孔法一般采用内径为φ10mm×50mm或φ10mm×100mm的薄壁管状试样进行试验。悬挂方式可有多种：或将管的内孔正对阳极;或以45°角倾斜;或竖挂(即内孔与阳极平行);或管子一端堵死(即不通孔)。电镀后，将管状试样纵向切开，观察内孔镀上镀层的长度，即可评定覆盖能力。也可用镀入深度与孔的内径之比来表示覆盖能力的好坏。此法适用于覆盖能力较好的镀液。4.凹穴法凹穴法使用带有10个凹穴的阴极(见图3)孔穴直径为φ12.5mm，深度为1.25mm。测定时，将带有凹穴的阴极放入镀槽，并使凹槽正对阳极进行电镀。然后观察凹穴的内表面是否全部镀上金属，以此来判断镀液的覆盖能力的好坏。例如，使用某种镀液电镀以后，1～5个凹穴的内表面全部镀上镀层，而第6个凹穴却没有全部镀上，则该镀液的覆盖能力为50%。

图3 凹穴法测定覆盖能力

整平能力的测定

1.假正弦波法假正弦波法是半定量测定法，用以观察镀液的整平能力较为直观。其原理是用人工方法制造有规则的微观表面的“峰”和“谷”，以模仿实际生产零件上的微观表面，通过电镀后测量“峰”和“谷”处镀层厚度的变化，以此来评定镀液的整平能力。测定时，可采用φ1.5mm的铜丝，沿φ5mm的铜棒紧密绕成螺旋形，形成假正弦波作为阴极。从截面看，成为有规则的波峰和波谷。电镀后，通过金相显微镜来测定波形断面振幅的变化，以判断镀液的整平能力。2.V形沟法V形沟法是把光洁的试样基体表面加工成一定深度和角度的微小的V形沟，并根据V形沟被镀层填平的程度来计算镀液的整平能力。但要制成这种V形沟实际上是相当困难的，而且电镀后还必须用显微照片来求该断面的镀层厚度，操作上很费时。3.表面粗糙度仪法镀前用金相显微镜测定试样基体表面的微观高度差，电镀后再测定同一部位的微观高度差。由下式计算整平能力：

若使用自动记录的表面粗糙度仪，可用镀前和镀后的表面起伏曲线，直观地表现出镀液的整平能力。4.赫尔槽试验法通过赫尔槽试验，也能定量、精确地测定镀液的整平性。

表面张力的测定

1.液滴品质法液滴品质法在实际应用中很普遍。其原理是通过测量给定体积的液体从小孔中滴下的滴数来计算表面张力。同一温度下，纯水通过小孔滴落的滴数是已知的。表面张力可按下式计算：

上式中水的表面张力从手册上可以查到，水滴数为同一温度下纯水通过小孔滴落的滴数，可以通过试验测定。测定时可使用简单的滴定管或专用仪器—液重计。2.最大气泡压力法最大气泡压力法测定表面张力的装置如图4所示。圆底烧瓶中，正好与液面垂直接触的是0.20.5mm的毛细管，U形压力计和分液漏斗中盛蒸馏水。在恒温(一般为25℃±1℃)下进行测定。中间烧瓶每次放20mL待测溶液，液面与毛细管下端正好相接。待测溶液温度恒定后打开分液漏斗的活塞，这时毛细管中有空气泡逸出，控制活塞，使每秒大约出3个气泡。记录压力计上最大高度差H。

图4 最大气泡压力法测定表面张力的装置1-压力计 2-温度计 3-三通管 4-毛细管5-小烧瓶 6-恒温槽 7-铁架台 8-小烧杯

9-铁环 10-分液漏斗 11-铁夹 12-单通活塞

对于表面张力不相同的两种液体有以下关系：

式中，σ1、σ2分别是两种液体的表面张力(N/cm);H1、H2分别是两种液体的压力计最大高度差(cm)。因此，用一种已知σ的液体(一般用二次蒸馏水)作为参照液，即可求出镀液的表面张力。某些液体的表面张力见表1。表1 某些液体的表面张力

极化曲线的测定1.概述极化曲线是指通过电极的电流密度j与电极电势φ的函数关系曲线。若控制电流密度j，测定不同j值下的电极电势φ,得到的极化曲线为恒电流极化曲线。相反，若控制φ,在不同φ值下测定j，得到的极化曲线为恒电势极化曲线。恒电流法易于控制，应用比较普遍，主要用在一些不受扩散控制和电极表面状态不发生很大变化的电极过程的测量;恒电势法一般用来研究快速电化学反应，某些电极表面在电极反应过程中发生很大变化的电极反应(如阳极过程)也适用。测定极化曲线时可以采用稳态法，如在给定某一恒定的j值后，φ达到相对稳定时读数，或在给定j值后，间隔一定时间读数。也可用瞬时法，即使用扫描方式改变j(或φ),自动记录相应的φ(或j)。2.恒电流法(1)测量装置恒电流法测量极化曲线的装置如图5所示。

图5 恒电流法测量极化曲线的装置1-可变电阻2-极化电源3-辅助电极4-电解槽5-待测电极6-连接参比电极的溶液7-参比电极8-盐桥9-电流表10-开关测定时应注意如下问题：1)为了维持电路中的电流恒定，选用的可变电阻值要大大高于电解槽的电阻。2)测量阳极极化曲线时，待测电极为阳极;测量阴极极化曲线时，待测电极为阴极。3)为了消除电流通过时由于电解液引起的欧姆压降，盐桥一端的毛细管应尽量靠近待测电极。盐桥内充满由琼脂和饱和氯化钾溶液制得的凝胶。4)应根据待测溶液的酸、碱性选用不同的参比电极。如饱和甘汞电极用于中性和酸性溶液，氧化汞电极用于碱性溶液。(2)测量步骤基本测量步骤如下：1)配制待测溶液，注入电解槽中。2)将待测电极和辅助电极处理干净(用细砂纸磨光，用有机溶剂脱脂，测定面积)，并将待测电极背面绝缘。3)若有温度要求，可将恒温水浴控制到所需要的温度，再将电解槽置于其中。4)按图10⁃8接好电路，检查无误后即可进行测量。通电前，待测电极和辅助电极之间无电流通过，待测电极处于平衡状态，这时的电极电势为平衡电势。按下开关，调节可变电阻以改变极化电流值，同时测量不同电流密度下对应的电极电势值。5)将电流密度与相应的电极电势作图，可得到极化曲线。

图6 典型的阴极极化曲线图6所示为恒电流法测出的典型的阴极极化曲线。图中φ平为未通电时测得的电极电势，φn是电流密度为jn时的电极电势，φ平-φn=Δφ,Δφ是电流密度jn时的超电势，Δφ/Δj称为极化度，它对电镀液的分散能力有影响。3.恒电势法恒电势法测量极化曲线的电路如图7所示。测量方法与恒电流法基本相似，但它控制的是不同的电势值，同时测量相对应的电流值。

图7 恒电势法测量极化曲线的电路

1—极化电源2、4—可变电阻3—电流表

5—辅助电极6—电解槽7—待测电极

8—盐桥9—连接参比电极的溶液

10—参比电极11—开关

恒电势法测得的典型的阳极极化曲线如图8所示。整个阳极化曲线可分为四个不同的区域，AB段为活化区，此时金属正常溶解;BC段为过渡区，此时金属开始发生钝化，随着电势的升高，金属的溶解速度降低;CD段为钝态区，此时金属处于稳定钝化状态，溶解电流随电势的变化较小;DE段为超钝化区，此时金属溶解速度重新随电势的升高而增加。对于某些不发生超钝化的金属，对应于DE段的电极过程为氧的析出，EF段对应另一种电极反应的发生。由此可见，恒电势测定阳极极化曲线可用于研究电极表面进行的反应，探讨金属钝化机理，研究影响金属钝化的各种因素。

图8 典型的阳极极化曲线

4.电化学分析仪法新型的电化学分析仪(如CHI系列)将信号发生器、恒电势仪组合到一起，只需将仪器的输入端与电解池相连，仪器的数据输出线与计算机相连，就可以在计算机屏幕上自动显示所测试的曲线。电化学分析仪法的装置如图9所示。

图9 电化学分析仪的装置

微分电容的测量

1.微分电容曲线由于电极的微分电容与电极电势有关，故测得不同电势下的微分电容后，就可以做出微分电容曲线(Cd⁃φ)。在简单盐溶液中，不存在表面活性物质时的微分电容曲线类似图10中AGF曲线的形式。

图10 微分电容曲线的一般形式

如果镀液中存在能在电极与溶液界面上吸附的有机表面活性物质，则微分电容曲线的形状将发生显著的变化，往往出现类似如图10中ABCDEF的曲线。曲线的特征是在一定电势范围内，电容值显著下降，这是由于原来位于接口上的介电常数较大的水分子被介电常数较小而体积较大的有机分子所取代的缘故。随着表面活性剂浓度的增加，其吸附量增大，电极的微分电容下降也越显著。因此，根据加入表面活性剂后微分电容曲线的变化，可判断添加的表面活性剂在电极表面是否进行了吸附。此外，在电容下降区的两侧出现两个“峰”(曲线的B和E点)，峰值电容比不含表面活性物质时的界面电容要大很多。电势较高的“B峰”称为吸附峰，而电势较低的“E峰”称为脱附峰(其吸附特性因阴离子或阳离子而异)。随着吸附物质浓度的增大，吸附和脱附峰的高度增大，吸附电势范围也增大，电容值也降低更明显。测定微分电容曲线可以研究双电层的结构及其对电极过程的影响;研究电镀溶液中表面活性剂在电极表面的吸附机理、吸附电势范围及吸附程度;研究电极的表面状态;表面膜的形成与破坏;电极的真实表面积等。因此它是研究镀液中表面活性剂及其作用的一种有效方法。近年来，随着光亮电镀的迅速发展，微分电容测量技术获得了更广泛的应用。2.微分电容曲线的测量(1)交流电桥法交流电桥法测量微分电容曲线的电路如图11所示。图11中电桥由R1、R2(通常R1与R2电阻值相等)、Cs和Rs、电解池K组成，G为低频信号发生器，T为空心变压器。电桥3、4两端点的不平衡信号经过电容C3进入选频放大器A，放大后输出到示波器P进行观察。当电桥平衡时，即Cs和Rs分别等于电解池等效阻抗的电容部分和电阻部分时，电桥3、4两点间无信号输出。这时送到示波器的输入信号为零，显示屏上出现一条水平线。

图11 交流电桥法测量微分电容曲线的电路直流极化电源由蓄电池E供给，并通过滑线电阻或电位器RP调节，L是扼流圈，防止交流电进入直流电路。研究电极的电极电势可用数字电压表或高阻电势差计B进行测量。测量时，必须注意屏蔽外界电磁场的干扰，所有测量联机都应使用带金属隔离屏蔽的导线，使用的仪器应有良好的屏蔽及接地线。由于固体电极表面积不易计算，易受污染，使测量结果重现性差，因此，测量微分电容数据是在液态金属或液态金属合金上进行的。常用的是表面时常更新、测量结果重现性好的滴汞电极。(2)载波扫描法载波扫描法是一种快速的测定方法，其测量微分电容的线路如图12所示。图12中B1为低频信号发生器，B2为超低频信号发生器，R3、R4、R5和C1、C2组成高通滤波器，A为放大器，SB⁃14为示波器，K是电解池。当K1、K2接向测量位置时，电解池被接入电路，示波器上就显示出微分电容曲线。图12中E用来校正示波器X轴的电势坐标，E2用以调节研究电极的极化电势范围，电容C4用以消除图像“双峰”现象。

图12 载波扫描法测量微分电容线路图为了防止电磁场干扰，R1、R2、R3、R4、R5及C1、C2、C3等组件均应采用小型组件，且全部装在带屏蔽罩的高频电阻箱里。用低速扫描示波器观察微分电容曲线时，高频信号加在Y轴输入端，低频信号加在X轴输入端，这时荧光屏上出现一块上下对称的明亮区域，亮区的上下两根包线便是微分电容曲线。载波扫描法所测量的实际上是电路的总阻抗，即包括电解池回路的总电阻、双电层电容的容抗等。因此，只有当总电阻很小时，充电电流才与微分电容Cd成正比。故该方法只适用于溶液电导率高及电极电容较小(待测电极面积很小)的体系。如果Cd数值较大，就不能用示波器显示的幅度来表示接口电容的数值。

赫尔槽试验

1.赫尔槽尺寸各种赫尔槽的形状和尺寸如图13，图14所示为一种改良型的赫尔槽。改良型赫尔槽的形状和尺寸与普通赫尔槽相同，只是在槽子平行的两壁上钻以直径为φ12.5mm的小孔，短壁上钻4个，长壁上钻6个，孔的位置与尺寸并不十分严格，只要在长壁上的孔距阴极端远一点就可以。试验时，可将该槽置于能加温(或冷却)的另一个容量较大的容器中，然后加入溶液使液面达到规定的高度。

图13各种赫尔槽的形状和尺寸

图14改良型的赫尔槽

也可以用一种无底的赫尔槽直接浸在大槽里。若生产需要搅拌溶液或装有阴极移动装置时，则赫尔槽试验可采用空气搅拌、磁力搅拌器搅拌或者在阴极前面用机械或手工方式搅拌，以模拟生产中的阴极移动。2.赫尔槽试验装置赫尔槽试验装置如图15所示。为了使试验时电流稳定，最好采用恒电流源。

图15 赫尔槽试验装置3.赫尔槽阴极试片上的电流分布赫尔槽阴极试片上的电流密度分布计算公式见表2。267mL赫尔槽阴极试片(背面绝缘时)上的电流密度标尺如图16所示。表2 赫尔槽阴极试片上的电流密度分布计算公式注：I是总电流(A);L是阴极上某点距阴极近段的距离(cm);Jc是阴极上某点相应的电流密度(A/dm2)。图16 267mL赫尔槽阴极试片上的电流密度标尺4.阴极试样镀层外观的表示为了正确评价赫尔槽试验结果，一般是以阴极试样横向中线偏上的部位(图17中EFGH所围成的区域)的镀层来评定试验结果，并用图18所示的符号分别表示镀层的外观。对于某种有代表性的试片，还可涂以清漆，保存备查。

图17 阴极试样评定试验结果部位选取A—镀层烧黑而粗糙部分B—镀层发暗部分C—镀层发亮部分

图18 镀层状况符号5.用赫尔槽测定分散能力(1)沃特逊(Watson)法沃特逊法是在赫尔槽试片上取一定数量的测量点，计算赫尔槽试片上各点电流密度(按公式或电流密度标尺)，先计算各点电流密度的比值K，然后测出电镀后各点之间镀层厚度的比值M，最后按下式计算分散能力，即

式中，T是镀液分散能力;K是阴极与阳极不同距离的两点间电流密度之比;M是阴极上相应两点间镀层厚度之比。(2)八点法八点法是将赫尔槽阴极试片划分成10等份，如图19所示。电镀后用测厚仪测出18号方格中心部位的镀层厚度h，做出厚度分布曲线，如图20所示。

图19赫尔槽测定均镀能力的阴极试样图形

图20 八点法厚度分布曲线

采用下面公式计算T：

式中，hj是阴极试片上任一方格中的镀层厚度;h1是阴极试片上第一方格(距近端最近的方格)中镀层的厚度。这样测出的结果，均镀能力最佳为100%，最差为0。一般选用5号方格作为hj号方格来比较各种镀液的分散能力。6.用赫尔槽测定镀液整平能力在磨光的镜面试片的中央用金刚砂做横向划痕。观察电镀前后划痕的消失情况，可定性而又粗略地判断镀液整平性的好坏。若要定量、较精确地测定镀液的整平性，需要在经过金刚砂喷砂法制得的均一表面粗糙度的赫尔槽试片上电镀，然后用表面粗糙度测试仪测定电镀前后的表面粗糙度变化，并按下式计算镀液整平性：