pp电镀槽工艺管理——搅拌对pp电镀槽过程的影响

pp电镀槽工艺管理——搅拌对pp电镀槽过程的影响

对于pp电镀槽过程而言，搅拌是从广义上讲的。凡是导致电解液作各种流动的方式，都称为搅拌。在pp电镀槽过程中，搅拌除了加速溶液的混合和使温度、浓度均匀一致以外，主要是促进物质的传递过程。由于搅拌在消除浓差极化和提高电流密度方面的显著作用，因此，***部分pp电镀槽工艺都采用了搅拌技术。

 

那么搅拌究竟是怎么样影响pp电镀槽过程的呢?在讨论这个问题之前，先介绍一下搅拌的方式和搅拌程度的定量表示方法。

 

   (1)搅拌的方式 

 

   ①阴极移动。阴极移动是pp电镀槽过程中应用***多的方法。这是以电机带动变速器并将转动转化为平动的方法。阴极移动设备属非标准设备，但已经有专门的企业生产这种装置。阴极移动量的单位一般是m／min，但是也有的工艺用次／min表示，因为对于阴极移动而言，移动的频率比移动的距离更为重要。移动的距离受槽子的长度等的影响会有所不同，但对于移动的次数(频率)，则对于任何尺寸的槽子都是一样的。实际上当工艺规定为m／min时，都还要根据镀槽的长度来确定每次可以移动的距离后，再换算成每分钟移动的次数，例如，某工艺规定的阴极移动速度为2m／min，而镀槽的长度允许阴极每次移动的***幅度为0.2m，则这时的阴极移动频率为10次／mim，常用的阴极移动量为l0～15次／min，或2～5m／min。

 

②空气搅拌。空气搅拌是pp电镀槽中用得较多的搅拌方式。采用空气搅拌时，压缩空气必须是经过净化装置净化过的，因为直接从空气压缩机中出来的压缩空气，难免会带有油、水等杂质，如果带入镀槽，对pp电镀槽层质量会造成不利的影响。空气搅拌用量的表示的单位是每分钟每立方镀液多少升即L／(m3•min)，强力空气搅拌时，可达成500L／(m3•min)。

 

③镀液循环。镀液循环现在已经是很流行的方式。因为采用镀液循环时多半是用的过滤机，这样可以在搅拌镀液的同时净化镀液，一举而两得。当然，有时也可以不加入滤芯，单纯地进行镀液的循环。循环量的表示方法是m3／min或者m3／h，要根据所搅拌镀液的总液量来确定所用的过滤机，因为过滤机的流量单位也是m3／min，因此，可以根据工艺对流量的规定选定相应的循环过滤装置。

 

④磁力搅拌。磁力搅拌多用于实验或小型pp电镀槽装置。这是以电机带动***磁铁旋转，由旋转的磁铁再以磁力带动放置在电解液内的磁敏感搅拌装置旋转，从而达到高速搅拌的效果。磁力搅拌的单位实际上就是电机的转速，即r／min。

 

⑤阴极往返旋转。这是类似阴极移动的装置。但阴极所做的不是平行的来回移动，而是以主导电杆为轴的正反旋转运动。现在也已经有这种设备销售。所用的量表示为每分钟次数(次／min)。

 

⑥超声波搅拌。超声波搅拌的作用比通常的机械类搅拌***得多，是***殊的搅拌方式。适合于要求很高的某些重要的pp电镀槽过程。

 

⑦螺旋桨搅拌。这是机械搅拌中***原始的模式。主要是用于电解液的配制或活性炭处理等。如果用于镀液的搅拌，由于转速太快而需要用减速器减速。单位为每分钟转数(r／min)。

 

(2)搅拌对传质过程的影响

 

在前面的内容中已经知道传质是电极过程中的重要步骤。在标准情况下的传质过程是由于电解质溶液中存在浓度、温度的差异等而引起的溶液内物质的流动。这种情况下的流动速度是非常缓慢的，在发生电极反应时，很快就会在阴极区内造成反应离子的缺乏，阴极发生浓差极化。这时，采取搅拌措施就可以弥补自发性传质不足带来的电极反应受阻，并且使极限电流密度提高。从而在保证pp电镀槽质量的同时提高电极反应的速度。搅拌能使pp电镀槽液在较高的电流密度下工作对pp电镀槽过程是有着重要意义的。这对于获得光亮******的镀层有着重要作用。许多光亮添加剂要求在较高的电流密度下工作，没有搅拌的作用，在高电流区很容易发生镀层的粗糙，甚至于出现烧焦现象。许多pp电镀槽添加剂是有机***分子，甚至是高分子化合物，离子的半径都比较***，迁移的速度较低，如果没有搅拌作用的促进，要使在阴极吸附层内消耗的添加剂得到及时的补充是有困难的。

 

搅拌还可以加速电极反应所产生的气体的逸出，比如，氢气的析出，从而减少镀层的孔隙率。

 

搅拌的副作用是会使阳极的溶解也加速，有时会超过阴极反应的速度而致使镀液组成失去平衡。如果阳极有阳极泥或渣生成时，搅拌会带起这些机械杂质沉积到镀件上，当然这是指强力搅拌时的情况，低频的阴极移动一般不会有这样的问题。搅拌还是高速pp电镀槽的重要手段，这对于提高生产效率是***别有意义的。

 

(3)搅拌与高速pp电镀槽

 

高速pp电镀槽是在高速电解加工工艺的迅速发展的刺激下发展起来的。自1943年前苏联的拉扎林科发表了利用电容器放电进行金属钻孔加工的方法以来，高电流密度的电解加工方法在各***迅速发展。l958年，美***阿罗加德公司发表了以普通pp电镀槽不可想像的高电流密度进行阳极电解加工的设备，这种设备在电解液的流速成为l～lOOm／s的条件下，可以采用高达10000～100000A／dm2的电流密度下进行电解加工。这种惊人的速度当然会引起pp电镀槽技术工作者的关注，结果是使pp电镀槽的高速化也成为可能。实验表明，采用普通的搅拌手段，pp电镀槽的阴极电流密度的变化值，只有l0A／dmz左右。而采用高速搅拌，阴极电流密度的变化可达l00A／dm2左右。现在已经实现的高速pp电镀槽的方法有如下几种：

 

   ①镀液在阴极表面高速流动的方法。这个方法可根据镀液的流动方式又可分为平流法和喷流法两类。使用平流法的阴极电流密度可达150～480A／dm2，沉积速度对于铜、镍、锌可达25～100µm／min，对于铁是25／µm／min，对于金是18µm／min，而对于铬是l2µm／min以上。普通镀铬使用搅拌会降低电流效率，但对于高速镀铬，则可以提高阴极电流效率，达到48％(普通镀铬的电流效率只12％)。例如也在铝圆筒内以530A／dm2的电流密度镀铬2min，可以得到50µm的镀层。

 

②阴极在镀液中高速运动的方法。根据运动相对性原理，让阴极(制件)在镀液中作高速运动，其效果与镀液作高速流动是***同小异的，但是，由于这时运动的频率相当高，已经不适合让阴极做往返的运动，而是让阴极高速振动和旋转。

 

当采用阴极振动时，阴极的振幅并不***，只有几毫米至数百毫米。但是频率则为几赫至数百赫。这种阴极振动法适合于不易悬挂的小型或异形制件。设备的制造也比较容易。

 

阴极高速旋转的方法适合于轴状制件或者成轴对称的制件。这种高速旋转的电极上的电流密度也可以达到上述高速液流法中的水平。

 

③在镀液内对电极表面进行摩擦的方法。这个方法是在镀液中添加固体中性颗粒，使之以一定速度随镀液冲击作用于阴极的制件表面。这一方法的***点是既加强了传质过程，又对镀层表面进行了整理。添加在镀液中的这些中性颗粒是不参加电极反应的，它们是在强搅拌的作用下(通常是喷流法)对阴极进行冲刷，可以获得光洁平整的镀层。镀覆的速度为镀铜时是50µm／min；镀镍时是25µm／min；镀铜合金时是25µm／min；镀铬时是6µm／min。

 

运用搅拌而出现的另一个pp电镀槽新技术的***域是复合镀，也有称为弥散镀。这种复合镀层是为了解决工业发展中对表面性能的各种新要求而开发的，包括高耐磨、高耐蚀、高耐热镀层等。例如，航天器制件、军事制品等。

 

在高速运动的镀液中，可以使各种固体颗粒朦胧悬浮，如Al203、SiC、TiC、WSz等，还可以在镀液中分散有机树脂、荧光颜料等，这些粒子与金属共沉积，可以得到具有新的物理化学性能的表面。