Гальванические покрытия Справочник Ю.Д.Гамбург 2006-600 (1074331), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Связь между РС, и РС„дается формулой: РС„= РС, — (1 — РС,)Ы 1п(ВТ)/с(!п!. (2.58) Конкретные величины РС для разных электролитов в справочных изданиях приводят редко, так как данные разных авторов не всегда сопоставимы и, кроме того, РС сильно зависит от очень многих факторов, например от концентрации добавок.

Обычно ограничиваются сравнительными данными, указывая, что какой-либо электролит имеет более высокую РС, чем другой. Тем не менее мы приводим ориентировочные значения РС (по металлу) для нескольких электролитов (табл. 2. 12). (гг гаг г.з ~, „„„„„,~ „, „,,г Таблица 2. 12 Ориентировочные величины рассеивающей способности электролитов (средине значения для рабочей области плотностей тока) Металл РС,% Тнп электролита Медь 8 — !2 12 — 16 26 — 32 18 — 24 сульфатиый сульфатный (с добавками) цианидный пи о ос атный 16 — 21 10-15 Никель сульфаматный с л атный Серебро 38-44 27-32 цианидный сине одисто- о ан ный Олово станиатный с ль атный 23 — 27 4 — 6 Калмий 11инк сульфатный цианидный 5 — 7 22-25 сульфатиый цинкатный цианидный 3 — 5 20 — 22 28-33 Железо 4 — 8 с л атный 2.о.З.

Способы улучгиения равномерности распределения металла на катоде При размещении деталей на подвесках должны быть обеспечены до- статочные расстояния а) между деталями во избежание экранирования ими лруг друга; б) деталей от анода и в) деталей от дна ванны и поверх- ности электролита. Кроме РС, сушествует понятие кроющей способности электролита. Оно вводится в тех случаях, когда существует нижний предел плотностей тока, ниже которых покрытие вообще не осаждается. Тогда возможно полное отсутствие покрытия в углублениях или на удаленных от анода частях деталей; это и называют плохой кроюшей способностью. Очевидно, что в подобных случаях необходимо обеспечить такое распределение тока, чтобы этот нижний предел нигде не достигался. Отметим в заключение этого раздела, что поскольку РС тем выше, чем лучше электропроводность, то целесообразно повышать концентрацию фонового электролита с большой подвижностью ионов. Кроме того, поскольку РС тем выше, чем болыце поляризуемость, то из уравнения (2.46) следует, что с точки зрения повышения РС целесообразно работать в сравнительно разбавленных электролитах и без перемешивания.

Эта последняя рекомендация, однако, находится в противоречии с требованиями интенсификации процесса, поэтому в реальных условиях приходится искать компромиссные условия. д.д. Р»д д»д9~г При наличии впадин, отверстий и полостей следует использовать дополнительные (локальные) аноды. При этом необходимо иметь в виду, что внутренние углы прокрываются особенно плохо.

На незакругленных внутренних углах плотность тока при ПРТ вообще спадает до нуля. Напротив, внешние углы имеют тенденцию к наиболее быстрому росту (на них плотность тока может теоретически стремиться к бес- конечности). В этих случаях более полезны дополнительные («отвлекающие») катоды, берущие на себя часть тока (рис. 2.22). Часто даже при наличии таких катодов наблюдается тенденция к образованию дендритов на острых углах; поэтому лучше на деталях, покрываемых гальванически, предусматривать округление внешних углов.

В некоторых случаях целесообразно изолировать некоторые части анодов. Еще один прием— применение непроводящих экранов, в том числе перфорированных. В случае цилиндрической формы изделий (или вообще изделий в виде тел врашения) целесообразно их периолически или непрерыв- Рие. 2.22. Вспомогано поворачивать вокруг оси. При размещении тельный (отвлекаюдеталсй следует Учитывать, что если пРоцесс осаж- щий на себя часть пения сопровождается газовыделением, то не долж- „) „, ц й „ но быль мест, где могут образоваться скопления газа год !вблизи концен(«газовые мешки»). Все выделяющиеся пузырьки тратора плотности газа должны иметь возможность достичь поверх- тока.

ности электролита, В целом, можно использовать комбинации всех этих методов, а также иные приемы — типа последовательного селективного осаждения на различных частях поверхности и тд. Здесь уже начинает работать фантазия и остроумие технолога. 2.8.4. Микрораспределение тока и эволнщия микропротриля при электроосаждении.

Блестящие гальванопокрытия Даже если макроскопическое распределение плотности тока на некотором участке поверхности идеально равномерно, но поверхность негладкая, то на ее выступах и впадинах локальная плотность тока оказывается разной. Если плотность тока выше на выступе, то он растет быстрее остальной поверхности, и шероховатость возрастает. Увеличение шероховатости обычно нежелательно, особенно при наращивании толстых слоев. Существуют и случаи, когда требуется ~В» г»и«г»,, »е получить покрытие с заданной степенью шероховатости, например в случае адгезионных покрытий (для обеспечения сцепления с неметаллическим материалом). Для характеристики распределения плотности тока по шероховатой поверхности вводится зависимость плотности тока от координаты в направлении «у», перпендикулярном к поверхности ((у), ее производная по этой координате й/ду, а также логарифмическая производная К = д ()п()/ду.

Величина К называется коэффициентом распределения тока. Кроме того, вводится понятие об эвплюдии профиля во времени, точнее, по мере наращивания покрытия. Даже если плотность тока во всех точках одинакова (т( = 0), то имеют место чисто геометрические эффекты сглаживания поверхности, которые ясны из рисунков. На рис. 2.23 показано, как происходит эволюция канавки с острыми краями и закругленным дном. Со временем края становятся закругленными, а дно, наоборот, острым. При этом начиная с момента образования острого дна глубина канавки Н начинает уменьшаться в соответствии с формулой: И=Но — Ь(а1п(о~2) ' — Ц, (2.59) где и — толщина покрытия, так как дно перемешается быстрее, чем края. Рис.

2.23. Эволюция формы профиля одиночной канавки с острыми краями и круглым дном. Рис. 2.24. Эволюция «дуговой» формы профиля. 28. Р д р* д 8~~) Постепенно профиль становится «дугообразным» (рис. 2.24), и эволюция идет в соответствии с формулой: (2.бО) Н»(1 ~/~) где Я вЂ” радиус дуги. Такое уменьшение Н идет довольно медленно, поскольку Н «а (а — ширина канавки). Поэтому <геометрическое выравнивание» способно лишь незначительно уменьшить Н. Картина эволюции микропрофиля резко изменяется, если К не равно нулю. При К > О шероховатость увеличивается с толщиной покрытия, а в противоположном случае К< О имеет место сглаживание, дополнительное к геометрическому и называемое истинным выравниванием.

Скорости геометрического и истинного выравнивания относятся приблизительно как е/а, т.е. примерно как амплитуда шероховатости к ее шагу. Изменение амплитуды шероховатости профиля е как при росте шероховатости, так и при выравнивании происходит по закону: (2.б1) е = е, ехр(Кл), или 1п (е/е,) = Кл, (2.62) где е, — начальная амплитуда; Ь вЂ” толщина покрытия. Таким образом, если известна величина К, то характер изменения шероховатости легко вычислить. Очевидно, что знак изменения шероховатости определяется знаком К. Более того, логарифмическая производная от амплитуды шероховатости по толщине покрытия в точности равна коэффициенту распределения тока.

Знак и величина К различны при различных условиях электро- осаждения. Наиболее характерны следующие случаи. 1. Для синусоидального микропрофиля, описываемого функцией у = р+ е з)п (кх), где х — координата вдоль профиля, р — межэлектродное расстояние, е — амплитуда микропрофиля, х — волновое число профиля (/г = 2х/Х, где Х вЂ” длина волны синусоиды) в общем случае при П РТ К, = /с сг)з ((гр). При )1р »1 это соотноше- ние переходитвК, =/с, апри1гр «1К, = 1/р. Здесь К, — коэффициент первичного распределения тока. 2. При ВРТ, т.е. при учете поляризуемости электрода и электро- сопротивления раствора, К= К,/(1+ К,б/р).

3. При выделении металла вблизи предельного диффузионного тока К= 1/6, где 6 — толшина диффузионного слоя. 4. В случае преимущественно концентрационного перенапряжения К ю [р -~ КТКПп2Р2С )]![р!К, » 3), Особым случаем является электроосаждение в присутствии выравииваюших добавок, когда К < О, т.е. наблюдается сглаживание микропрофиля в результате того, что плотность тока на выступах ниже, чем во впадинах. Причиной такого эффекта, как установил С. С. Кругликов, является лучшаядиффузионная доступность выступов для добавки, которая ингибирует (замедляет) процесс выделения металла. Указанное ингнбирование приближенно описывается соотношением: (2.63) где 1, — плотность тока в случае, когда степень заполнения поверхности катода ингибитором равна О; 1, о — плотность тока в отсутствие ингибитора;  — численный коэффициент, зависящий от природы добавки.

Для описания эволюции микропрофиля в этом случае вводится специальное понятие выравнивающей способности (ВС) добавки Р, которая определяется как: (2.64) Р = — г) 1п 1/д 1п С„, где ф— концентрация добавки (ингибитора). Более точно вводить это понятие не через концентрацию, а через коэффициент массопереноса ингибитора К,: (2.65) Р = — д 1п 1/д )п Кгп однако при постоянных гидродинамических условиях эти определения эквивалентны. Если величина Р известна, то коэффициент распределения тока равен: (2.66) К = — (гР = — 2хР/!'х откуда (2.67) !п (е/ео) = — (2хР/) ) Ь. Если же величина Рдля данной добавки и заданных условий осаждения неизвестна, то ее определяют по этой же формуле.

Характеристики

Список файлов книги