電解液真空沸騰電沉積氣泡特性及工藝行為研究.pdf

1、電解液真空沸騰電沉積技術(shù)是一種被研究證實的、能無添加劑高速制備高品質(zhì)(近無沉積缺陷、物化及機(jī)械性能良好等)鍍層與零件的新型電沉積技術(shù)。但其中的沉積機(jī)制與機(jī)理尚未得到充分的揭示與認(rèn)識。繼我們團(tuán)隊的前期研究，本文在國家自然科學(xué)基金(No.51175152)—―真空微細(xì)電鑄制造技術(shù)電極過程液相傳質(zhì)機(jī)理研究‖和河南省高校科技創(chuàng)新人才支持計劃(No.2012HASTIT012)—―真空沸騰條件下電鍍制造印制電路板銅微細(xì)結(jié)構(gòu)‖的資助下，重點圍繞鎳電

2、沉積條件下的電解液真空沸騰宏觀現(xiàn)象與典型特征描述，和氣泡動力學(xué)行為的定性與定量表征，以及它們與電沉積工藝行為特征、鎳沉積層形貌和微組織結(jié)構(gòu)特征的關(guān)聯(lián)性等問題進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)實驗觀測了鎳電沉積時的真空沸騰現(xiàn)象及其氣泡動力學(xué)行為，并研究分析了陰極面核化點的分布特性及不同條件下的氣泡動力學(xué)核心參數(shù)。結(jié)果表明：(a)單個電解液真空電沉積氣泡的演化過程與電解液真空沸騰氣泡(無電沉積參與)基本相同，但其引起的沸騰效應(yīng)明

3、顯不同；(b)真空沸騰電沉積過程中，單個氣泡演化過程隨環(huán)境要素及操作條件幾乎不變，只是各演化發(fā)展階段的典型特征參數(shù)值(如氣泡平均生長周期、生長速率、萎縮周期和脫離直徑等)變化明顯；(c)在某些特定情況下真空沸騰電沉積條件下的氣泡會出現(xiàn)合并和超脹大現(xiàn)象；(d)當(dāng)達(dá)到一定條件時，陰極面上的電解氣泡核化點會全部轉(zhuǎn)化為沸騰氣泡核化點；(e)陰極面上核化點的數(shù)目和分布位置均會隨電沉積的進(jìn)行而變化，且核化點數(shù)目最終會穩(wěn)定于某一定值。
　　(2

4、)研究分析了電解液真空沸騰電沉積時的陰極計時電位、極間電阻、液相傳質(zhì)等工藝行為特性以及與氣泡特性之間的關(guān)系。結(jié)果表明：(a)電解液真空沸騰下鎳電沉積的計時電位值明顯小于非沸騰條件，且隨沸騰效應(yīng)的劇烈程度而呈現(xiàn)不同幅度波動；(b)極間電阻也比非沸騰條件下要大得多，且沸騰越劇烈(如真空度越低、陰極面溫度越高)，波動越大，平均值和標(biāo)準(zhǔn)差也越大；(c)陰極面附近的自然對流傳質(zhì)效應(yīng)與沸騰劇烈程度成正比；(d)陰極面?zhèn)鳠?傳質(zhì))速率會隨真空度降低或