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是一種被研究證實的、能無添加劑高速制備高品質(近無沉積缺陷、物化及機械性能良好等)鍍層與零件的新型電沉積技術。但其中的沉積機制與機理尚未得到充分的揭示與認識。繼我們團隊的前期研究，本文在國家自然科學基金(No.51175152)—―真空微細電鑄制造技術電極過程液相傳質機理研究‖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結構‖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構特征的關聯(lián)性等問題進行研究。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核心參數(shù)。結果表明：(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)當達到一定條件時，陰極面上的電解氣泡核化點會全部轉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、液相傳質等工藝行為特性以及與氣泡特性之間的關系。結果表明：(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，平均值和標準差也越大；(c)陰極面附近的自然對流傳質效應與沸騰劇烈程度成正比；(d)陰極面?zhèn)鳠?傳質)速率會隨真空度降低或