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金属电沉积的特点

来源:互联网 时间:2015-09-24 13:55 阅读次数:

  金属的电沉积是通过电解方法,就是通过在电解池阴极上金属离子的还原反应和电结晶过 程在固体表面生成金属层的过程。它的目的是改变固体材料的表面性能或制取特定成分和性能的金属材料。金属电沉积应用的领域也很广泛,通常包括电冶炼、电精炼、电铸和电镀四个 方面,它的这些应用使其受到了越来越多的关注,因此,研究并掌握电沉积过程的基本规律 变得尤为重要。 

1 金属电沉积的基本历程和特点
 1.1 金属电沉积的基本历程 金属沉积的阴极历程,一般由以下几个单元步骤串联组成: (1)液相传质:溶液中的反应粒子,如金属水化离子向电极表面迁移。 (2)前置转化:迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转化反应,如金属水化离子 水化程度降低和重排;金属络离子配位数降低等。 (3)电荷传递:反应粒子得电子,还原为吸附态金属原子。 (4)电结晶:新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适当位置(生长点)进入金属 晶格生长,或与其他新生原子聚集而形成晶核并长大,从而形成晶体。 上述各个单元步骤中反应阻力最大、速度最慢的步骤则成为电沉积过程的速度控制步骤。不同的工艺,因电沉积条件不同,其速度控制步骤也不同。
 1.2 金属电沉积过程的特点 
电沉积过程实质上包括两个方面,即金属离子的阴极还原(析出金属原子)的过程和新生态金属原子在电极表面的结晶过程(电结晶)。前者符合一般水溶液中阴极还原过程的基 本规律,但由于电沉积过程中,电极表面不断生成新的晶体,表面状态不断变化,使得金属阴极还原过程的动力学规律复杂化;后者遵循结晶动力学的基本规律,但以金属原子的析出为前提,又受到阴极界面电场的作用。因而二者相互依存、相互影响,造成了金属电沉积过程的复杂性和不同于其他电极过程的特点。 (1) 与所有的电极过程一样,阴极过电位是电沉积过程进行的动力。然而,在电沉积 过程中,只有阴极极化达到金属析出过电位时才能发生金属离子的还原反应。而且在电结晶 过程中,在一定阴极极化下,只有达到一定的临界尺寸的晶核,才能稳定存在。凡是达不到晶核临界尺寸的晶核就会重新溶解。而阴极过电位愈大,晶核生成功愈小,形成晶核的临界 尺寸才能减小,这样生成的晶核既小又多,结晶才能细致。所以,阴极过电位对金属析出和 金属电结晶都有重要影响,并最终影响到电沉积层的质量。 (2)双电层的结构,特别是粒子在紧密层中的吸附对电沉积过程有明显影响。反应粒 子和非反应粒子的吸附,即使是微量的吸附,都将在很大程度上既影响金属的阴极析出速度 和位置,又影响随后的金属结晶方式和致密性。因而是影响镀层结构和性能的重要因素。 (3)沉积层的结构、性能与电结晶过程中新晶粒的生长方式和过程密切相关,同时与 电极表面(基体金属表面)的结晶状态密切相关。例如,不同的金属晶面上,点沉积的电化学动力学参数可能不同。 
 
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