| 苗青林，张丽君 (河南科技学院，河南新乡453003) 摘要：采用不合添加剂的氯化物镀液电沉积锌层，探讨了电流密度、镀液温度和镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响规律，并优选出最佳的工艺参数。结果表明：在电流密度1 A/dm2，镀液温度50℃，镀液pH值5.5的条件下，所得镀层的表面粗糙度最低，约为1.267μm。 关键词：表面粗糙度;镀锌层;电流密度;镀液温度;镀液pH值 中图分类号：TQ 153 文献标识码：A 文章编号：1000-4742(2012)04-0007-03 0前言 镀锌层具有良好的装饰性和防护性，在仪器仪表、电子电器、机械和船舶等领域有着广阔的应用空间。镀层表面粗糙度不仅反映镀层外观质量的好坏，还直接影响镀层的性能。为了降低镀层表面粗糙度，同时提高镀层的形貌质量，学术界与表面工程业界开展了大量的研究工作[1-3]。 本文采用氯化物镀液电沉积锌层，研究了电流密度、镀液温度和镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响，并优选出最佳的工艺参数。 1 实验 1.1镀液组成及工艺条件 氯化锌50 g/L，氯化钾220 g/L，硼酸40 g/L，pH值4.5～6.5,1～9 A/dm2 ,40～60℃。 1.2实验方法 采用双电极体系，阳极为电解锌板，阴极为紫铜圆片(直径40 mm，厚度0.5 mm)，S阴极：S阳极=2：1，阴阳极间距为20 mm。阴极前处理工艺流程：粗磨—→精磨—→弱碱性溶液中浸洗5 min—→弱酸性溶液中活化5 min—→超声波清洗—→真空干燥。电镀过程中，持续施加强力磁力搅拌，以加速反应物质的运输进程。待镀层厚度满足要求后，取出阴极，将镀层与基体剥离，镀层经冲洗、干燥后，测试其表面粗糙度及形貌。 2 结果与讨论 2.1电流密度对镀层表面粗糙度的影响 在镀液温度50℃，镀液pH值5的条件下，研究电流密度对镀层表面粗糙度的影响，实验结果，如图1所示。由图1可知：电流密度对镀层表面粗糙度有明显影响;随着电流密度由1 A/dm2提高至9 A/dm2，镀层表面粗糙度呈近似线性关系增大，由1.344 μm增至1.600 μm。不同电流密度下所得镀层的表面形貌和三维形貌，分别如图2和图3所示。由图2和图3可知：当电流密度为3 A/dm2时，析氢过电位低且沉积速率慢，电极反应所消耗掉的金属离子能及时得到补给，因而氢气的产生量小，镀层表面的针孔、积瘤等缺陷少，表面相对较平整;当电流密度为9 A/dm2时，尽管阴极过电位增大，有助于细化晶粒，但此时电极过程液相传质受限的可能性变大，出现少量氢气被晶粒包裹的情况[4]，导致镀层表面形成针孔、积瘤等缺陷，造成镀层表面粗糙度增大。由此可知，要获得表面较平整的镀层，应采用低电流密度。 2.2镀液温度对镀层表面粗糙度的影响
在电流密度1A/dm2，镀液pH值5的条件下，研究镀液温度对镀层表面粗糙度的影响，实验结果，如图4所示。由图4可知：镀液温度对镀层表面粗糙度有一定影响;随着镀液温度从30℃升高至50℃，镀层表面粗糙度由1. 584 μm降至1.344μm。不同镀液温度下所得镀层的表面形貌，如图5所示。由图5可知：当镀液温度为30℃时，镀液的分散能力及离子活性差，沉积速率较慢，加之阴极电流效率低，故所得镀层表面灰暗且粗糙;当镀液温度为50℃时，传质效果改善，沉积速率加快，同时副反应发生的可能性降低[5]，此时镀层较为平整。由此可知，提高镀液温度有利于获得平整的镀层。
2.3镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响 在电流密度1 A/dm2，镀液温度50℃的条件下，研究镀液pH值对镀层表面粗糙度的影响，实验结果，如图6所示。由图6可知：随着镀液pH值的增大，镀层表面粗糙度呈先降低后升高的变化趋势。其原因为：镀液pH值较低时，H+容易在阴极表面放电析出，导致针孔、积瘤等缺陷形成的可能性提高，镀层表面凹凸不平;随着镀液pH值的增大，阴极电流效率提高，析氢反应所消耗掉的电量降低，因而镀层缺陷减少，表面状况改善;当镀液pH值增大到一定程度后，由于阴极周围H+的浓度降低，可能形成少量金属氢氧化物或碱式盐夹杂于镀层中，使得镀层的整平性降低。综上所述，在电流密度1 A/dm2，镀液温度50℃，镀液pH值5.5的条件下，所得镀锌层的表面粗糙度最低，为1.267μm，其表面形貌，如图7所示。由图7可知：镀层表面较光亮、平整。
3结论 (1)采用不含添加剂的氯化物镀液，在电流密度1 A/dm2，镀液温度50℃，镀液pH值5.5的条件下，所制得的镀锌层较光亮、平整。 (2)其他工艺参数恒定时，镀层表面粗糙度随电流密度的增加而增大，随镀液温度的升高而降低，随镀液pH值的增大先降低后升高。 参考文献： [1]朱晓东，李宁，黎德育，等，镀液流速对高速镀锌层粗糙度及织构的影响[J].电镀与环保，2005，25(4)：12-17. [2]卢燕平，屈祖玉，卢琳，等，微量铅对电镀锌层织构及表面特性的影响[J].北京科技大学学报，2002, 24(4)：422-425. [3]朱晓东，李宁，黎德育，等.88系列添加剂对高速镀锌层质量的影响[J].电镀与环保，2005，25(5)：6-8. [4]辜敏，黄令，杨防祖，等，搅拌条件下电流密度对Cu镀层的织构和表面形貌的影响[J].应用化学，2002，19(3)：280-284. [5]陈华茂，吴华强.超声电镀锡铋合金研究[J].表面技术，2004，33(5): 52-54. |
