1、赫尔槽试验4.24.3 镀液性能及测试方法4.1第四章第四章 镀液与镀层的性能镀液与镀层的性能镀层性能及测试方法镀液的性能镀液的性能:分散能力、覆盖能力、整平能力分散能力、覆盖能力、整平能力 分散能力分散能力：（均镀能力）：（均镀能力）Throwing power 电解液使零件表面镀层厚度电解液使零件表面镀层厚度均匀分布均匀分布的能力。的能力。覆盖能力覆盖能力：（深镀能力）：（深镀能力）Covering power 电解液使零件电解液使零件深凹处沉积金属镀层深凹处沉积金属镀层的能力。的能力。整平作用整平作用:Leveling power 电解液使有电解液使有微观粗糙微观粗糙的金属表面的金属表面
2、填平填平的能力。的能力。镀液性能及测试方法4.1一、镀液的分散能力一、镀液的分散能力（1 1）镀液分散能力的数学表达式）镀液分散能力的数学表达式 远、近阴极电解槽l-近阴极；2-远阴极；3-阳极；4-绝缘隔板总阻力：总阻力：R电极电极；R电液电液；R极化极化I=U/(R电液电液+R极化极化)I1=U1/(R电液电液1+R极化极化1)；I2=U2/(R电液电液2+R极化极化2)镀液性能及测试方法4.11122k2k121DDII极化电液极化电液RRRRR电液电液与与R极化极化是影响电流在阴极上分布的主要因素。是影响电流在阴极上分布的主要因素。电流在阴极不同部位上的分布与电流到达该部位的电流在阴极
3、不同部位上的分布与电流到达该部位的总阻力成反比。总阻力成反比。镀液性能及测试方法4.1由于：S1=S2，U1=U2 1）初次电流分布）初次电流分布(一次电流分布一次电流分布)假定假定R极化极化0时，研究电流在阴极各部位的分布。时，研究电流在阴极各部位的分布。目的：目的：研究几何因素对电流分布的影响研究几何因素对电流分布的影响。远、近阴极的截面积远、近阴极的截面积S相同，相同，(电阻率电阻率)相同，相同，Dk1/Dk2=I1/I2=R电液电液2/R电液电液1=l2/l1=Kl1/l1=K 1221k2k1IIDD电液电液RR 镀液性能及测试方法4.1R=L/S结论：结论：1、近阴极和远阴极上的电
4、流密度与它们同阳极、近阴极和远阴极上的电流密度与它们同阳极 的距离的距离l成反比。成反比。2、初次电流分布等于、初次电流分布等于l2/l1，等于常数，等于常数K，3、K值越大，电流分布越不均匀。值越大，电流分布越不均匀。镀液性能及测试方法4.12)二次电流分布二次电流分布(实际电流分布实际电流分布)阴极极化存在时，固定几何条件，研究电流在阴极阴极极化存在时，固定几何条件，研究电流在阴极各部位的分布。各部位的分布。目的：目的：研究电化学因素对电流分布的影响研究电化学因素对电流分布的影响。112221k2k1IIDD极化极化电液电液极化极化电液电液RRRR R极化极化1R极化极化2，使分子与分母的
5、数值趋于接近，使分子与分母的数值趋于接近，这种补偿使远、近阴极上的电流趋于均布。这种补偿使远、近阴极上的电流趋于均布。镀液性能及测试方法4.1（2 2）影响电流及金属在阴极表面分布的因素）影响电流及金属在阴极表面分布的因素远、近阴极电解槽l-近阴极；2-远阴极；3-阳极；4-绝缘隔板 镀液性能及测试方法4.1A A：阳极与溶液界面的电位差k1k1：阴阴极与溶液界面的电位差当直流电通电解槽时，当直流电通电解槽时，U=A A-k1k1+I1R1 =A A-k2 k2+I2R2 镀液性能及测试方法4.1A A-k kIR工件表面材质与阳极相同时，此值一般为0.xV1V镀液种类槽体结构与大小阴阳极板面
6、积极板间距一般不超过1V2V槽压如升高？当直流电通电解槽时，当直流电通电解槽时，U=A A-k1k1+I1R1 =A A-k2 k2+I2R2由此得：由此得：I1R1-k1 k1=I2R2-k2k2 （2 2）影响电流及金属在阴极表面分布的因素）影响电流及金属在阴极表面分布的因素 镀液性能及测试方法4.1R=l1/SI=DSR=l2/S其中：其中：l2=l1+lD)DD(II 212,K1,K2,K2,K2,K1,K2,K1,K）（I1、I2 近阴极和远阴极的电流强度；近阴极和远阴极的电流强度；电解液的电阻率；电解液的电阻率；l1近阳极和阳极之间的距离。近阳极和阳极之间的距离。l 远阴极和近阴
7、极与阳极距离之差；远阴极和近阴极与阳极距离之差；/D D 阴极极化度。阴极极化度。镀液性能及测试方法4.1措施：缩小远、近阴极与阳极之间的距离差措施：缩小远、近阴极与阳极之间的距离差（l）；）；尽可能增大零件和阳极之间的距离尽可能增大零件和阳极之间的距离（l 1）；）；降低溶液的电阻率（降低溶液的电阻率（）或增大溶液的导电性）或增大溶液的导电性，提高阴极极化度提高阴极极化度（/D）。）。趋于趋于0 镀液性能及测试方法4.11）几何因素）几何因素 几何因素包括几何因素包括电解槽的形状电解槽的形状、电极的形状电极的形状、尺寸尺寸及其及其相对位置相对位置等。等。电力线分布示意图电力线分布示意图电力线
8、分布：边缘效应、尖端效应电力线分布：边缘效应、尖端效应 镀液性能及测试方法4.1 镀液性能及测试方法4.1例如：镀刀尖悬挂方位 镀液性能及测试方法4.1如：防止边缘效应应采用如：防止边缘效应应采用辅助阴极辅助阴极或或绝缘板。绝缘板。为了消除被镀件某些部位电力线过于集中，在该部位附近另加某种形状的阴极，用以消除部分电流，叫辅助阴极，又称屏蔽阴极。使电流分布均匀，应使电流分布均匀，应将阳极和零件均匀地将阳极和零件均匀地挂满整个电解槽。挂满整个电解槽。金属在阴极上分布与金属在阴极上分布与电解槽尺寸的关系电解槽尺寸的关系镀槽形状镀槽形状 镀液性能及测试方法4.1 镀液性能及测试方法4.1当当l0时，有
9、助于电流在阴时，有助于电流在阴极表面均布。极表面均布。当阳极为平板时，零件形状当阳极为平板时，零件形状越简单，越接近平面，电流越简单，越接近平面，电流分布就越均匀。分布就越均匀。在实际生产中采用在实际生产中采用象形阳极象形阳极，使阳极和零件各处的距离相使阳极和零件各处的距离相等，可使电流均布。等，可使电流均布。远、近阴极与阳极距离之差远、近阴极与阳极距离之差(l)象形阳极象形阳极 镀液性能及测试方法4.1 镀液性能及测试方法4.1例如：发动机气门杆镀硬铬例如：发动机气门杆镀硬铬 镀液性能及测试方法4.1 镀液性能及测试方法4.1远、近阴极与阳极距离之差远、近阴极与阳极距离之差(l)辅助阳极辅助
10、阳极当管件或封底腔盒体，要求内部镀层良好时，可借助辅助阳极。阴极与阳极距离阴极与阳极距离(l1)镀液性能及测试方法4.1 增大极间距时k值的变化零件和阳极的距离(l1)增大l倍，K值就从原来的12/8=1.5减小到20/16=1.25，从而使分散能力得到改善。l单排电镀时，槽净宽不小于单排电镀时，槽净宽不小于0.8m0.8m；l双排电镀时，槽净宽不宜小于双排电镀时，槽净宽不宜小于1.2m1.2m。零件悬挂深度对镀层分布的影响零件悬挂深度对镀层分布的影响零件在电解槽中的悬挂深度零件在电解槽中的悬挂深度 解决方法：解决方法：挂满整个电解液深度。挂满整个电解液深度。5cm15cm 镀液性能及测试方法
11、4.1挂镀复杂件镀锌槽挂镀复杂件镀锌槽 镀液性能及测试方法4.1极化度大的镀液极化度大的镀液电流分布更均匀，电流分布更均匀，分散能力好。分散能力好。不同斜率的极化曲线不同斜率的极化曲线2)电化学因素电化学因素极化度对电流分布的影响极化度对电流分布的影响 镀液性能及测试方法4.1在电镀生产中，一般常选择在电镀生产中，一般常选择电流密度的上限电流密度的上限，最大阴极极化作用，使分散能力得到改善。最大阴极极化作用，使分散能力得到改善。复杂零件均镀复杂零件均镀较高极化度的电解液较高极化度的电解液适当的配位剂和添加剂适当的配位剂和添加剂 镀液性能及测试方法4.1电解液的电阻率电解液的电阻率()0当当 0
12、时，增加镀液的导电性，可改善电流时，增加镀液的导电性，可改善电流 在阴极表面的分布。在阴极表面的分布。当当 0，增加镀液的导电性能，不可能提高，增加镀液的导电性能，不可能提高分散能力。（例：镀铬液）分散能力。（例：镀铬液）镀液性能及测试方法4.1提高导电性措施提高导电性措施:加入碱、碱土金属盐或铵盐。加入碱、碱土金属盐或铵盐。电流效率对镀层均布的影响电流效率对镀层均布的影响k-Dk关系曲线关系曲线曲线曲线I：电流效率对分散能力没影响。电流效率对分散能力没影响。曲线曲线II：电流效率使镀层分布更不均匀。电流效率使镀层分布更不均匀。曲线曲线：电流效率对镀层分布起电流效率对镀层分布起“调节调节”作用
13、。作用。镀液性能及测试方法4.1 使电流和金属在阴极上分布均匀，采用的措施：使电流和金属在阴极上分布均匀，采用的措施：选择适当的配位剂和添加剂，提高镀液的阴极极化度；选择适当的配位剂和添加剂，提高镀液的阴极极化度；添加碱金属盐类或其他强电解质，提高镀液的电导率；添加碱金属盐类或其他强电解质，提高镀液的电导率；尽可能加大零件与阳极间的距离；尽可能加大零件与阳极间的距离；采用象形阳极、辅助阴极等使电流分布均匀；采用象形阳极、辅助阴极等使电流分布均匀；在挂具设计时，使零件主要被镀面对着阳极并与之平行；在挂具设计时，使零件主要被镀面对着阳极并与之平行；零件在电镀槽中应均匀排布零件在电镀槽中应均匀排布,
14、并充满整个镀槽。并充满整个镀槽。镀液性能及测试方法4.13)镀液的分散能力（镀液的分散能力（T.p）数学表示式）数学表示式%100KIIKp.T21当电流效率为当电流效率为100，上式可写成：，上式可写成：%100KmmKp.T21m ml l近阴极上沉积金属的质量；近阴极上沉积金属的质量；m m2 2远阴极上沉积金属的质量。远阴极上沉积金属的质量。镀液性能及测试方法4.1（3）分散能力的测定方法）分散能力的测定方法 JB/T7704.4-95 原理：原理：远、近阴极法测定装置远、近阴极法测定装置 远、近阴极法远、近阴极法%100KmmKp.T21电镀一定时间后，称取远、电镀一定时间后，称取远
15、、近阴极上沉积金属的重量，近阴极上沉积金属的重量，求出电解液的分散能力。求出电解液的分散能力。镀液性能及测试方法4.1实验要求：实验要求：电解槽尺寸为电解槽尺寸为1505070mm3；阴极尺寸为阴极尺寸为5070mm2，厚度为，厚度为0.250.5mm；阴极材料一般用阴极材料一般用铜片或黄铜片铜片或黄铜片，要求，要求表面光亮表面光亮，试片试片背面和侧面用清漆绝缘背面和侧面用清漆绝缘；阳极：网状；阳极：网状；电镀时间为电镀时间为30min，电流大小和温度视测量的溶液而定。电流大小和温度视测量的溶液而定。断电后，清洗阴极，断电后，清洗阴极，置于置于100115烘箱中干燥烘箱中干燥15 min，冷却
16、后用分析天平冷却后用分析天平称出镀层的质量称出镀层的质量。按表按表4-1 计算试验结果。计算试验结果。弯曲阴极法弯曲阴极法弯曲阴极法测定分散能力的装置弯曲阴极法测定分散能力的装置原理：原理：直接测量镀层的厚直接测量镀层的厚度求出分散能力。度求出分散能力。T.p=(B/A+D/A+E/A)/3100%镀液性能及测试方法4.1实验要求：实验要求：槽尺寸为槽尺寸为160180120mm3，装试液，装试液2.5L；阳极材料：尺寸阳极材料：尺寸150505mm3，材质与工业电镀时相同；材质与工业电镀时相同；浸入溶液中的面积为浸入溶液中的面积为0.55dm2。弯曲阴极各边长度约为弯曲阴极各边长度约为29m
17、m，厚度为，厚度为0.20.5mm，电镀时间和电流密度应根据电解液的性质而定。电镀时间和电流密度应根据电解液的性质而定。电流密度为电流密度为0.51A/dm2，镀，镀20min；电流密度为电流密度为35A/dm2时，镀时，镀10min。测定分散能力的阴极试样测定分散能力的阴极试样赫尔槽法赫尔槽法原理：原理：T.p=i/1100%,T.p=5/1100%,i为为28方格中任一方格的镀层厚度，方格中任一方格的镀层厚度，一般可选用一般可选用5的数值；的数值；1为为1号方格中镀层的厚度。号方格中镀层的厚度。用这种方法获得分散能力的数值在用这种方法获得分散能力的数值在0100之间。之间。二、镀液的覆盖能
18、力二、镀液的覆盖能力JB/T7704.2-95（1）影响镀液覆盖能力的因素）影响镀液覆盖能力的因素极限电流密度极限电流密度/临界析出电流密度临界析出电流密度;若两者的比值大，电解液的覆盖能力就好。若两者的比值大，电解液的覆盖能力就好。基体金属的本性基体金属的本性;CuNi黄铜黄铜Fe 冲击电流冲击电流/预镀中间层。预镀中间层。比正常电流大比正常电流大2-3倍倍 镀液性能及测试方法4.1基体金属组织的影响基体金属组织的影响金属的过电位增大金属的过电位增大 Pd Pt Ni Co Fe Zn Cu Au Hg氢的过电位增大氢的过电位增大基体的表面状态及粗糙程度的影响基体的表面状态及粗糙程度的影响
19、镀液性能及测试方法4.1 （2 2）覆盖能力的测定方法）覆盖能力的测定方法1）直角阴极法）直角阴极法适用于：覆盖能力较低的电解液。适用于：覆盖能力较低的电解液。（镀（镀Cr等等）75250.2mm3铜片或软铜片或软钢板，钢板，背面绝缘背面绝缘以百分数表示电解液的覆盖能力以百分数表示电解液的覆盖能力2）内孔法）内孔法1050mm2或或10100mm2低碳钢管、铜管或黄铜圆管。低碳钢管、铜管或黄铜圆管。适用于：适用于：覆盖能力较好的电解液。覆盖能力较好的电解液。将圆管按纵向切开观察内孔中镀层长度，将圆管按纵向切开观察内孔中镀层长度，用用镀入深度与孔径之比镀入深度与孔径之比来表示。来表示。3）凹穴法
20、）凹穴法表示方法：表示方法：以凹穴内表面镀上金属的情况来评定覆盖能以凹穴内表面镀上金属的情况来评定覆盖能力的好坏。力的好坏。12345678910原理：原理：电流密度在远、近阴极上分布不同。电流密度在远、近阴极上分布不同。赫尔槽：赫尔槽：一种由平面阴极和平面阳极构成一定斜度的一种由平面阴极和平面阳极构成一定斜度的 小型电镀试验槽。小型电镀试验槽。（Hull，1935）赫尔槽试验4.2槽体材料：槽体材料：耐酸、碱透明塑料、有机玻璃；耐酸、碱透明塑料、有机玻璃；规格规格：250mL、267mL、1000mL；规格规格AB/mmCD/mmAC/mmBD/mmCE/mm250mL267mL1000mL
21、4848119127127213646486102102127656581确定获得外观合格镀层的确定获得外观合格镀层的Dk范围及其他工艺条件；范围及其他工艺条件；研究电解液主要组分和添加剂的影响；研究电解液主要组分和添加剂的影响；分析电镀故障产生的原因；分析电镀故障产生的原因；测定电解液的分散、覆盖能力和镀层的其他性能。测定电解液的分散、覆盖能力和镀层的其他性能。（1）赫尔槽在电镀生产中的应用）赫尔槽在电镀生产中的应用1000mL赫尔槽赫尔槽 Dk=I(3.2557-3.0451lgL)267mL赫尔槽赫尔槽 Dk=I(5.1019-5.2401lgL)250mL赫尔槽赫尔槽 Dk=1.068
22、I(5.1019-5.2401lgL)式中式中:I一通过赫尔槽的电流强度一通过赫尔槽的电流强度/A；L阴极某点至阴极近端的距离阴极某点至阴极近端的距离/cm；L取值范围取值范围:0.635cm8.255cm（2）赫尔槽阴极上的电流分布）赫尔槽阴极上的电流分布（2）赫尔槽阴极上的电流分布）赫尔槽阴极上的电流分布（2）赫尔槽阴极上的电流分布）赫尔槽阴极上的电流分布换算单位：gal（加仑）3.785=lit（升）Lb(磅)453.6=gram（克）OZ（盎司）/gal（加仑）7.5=g（克）/lit（升）A/ft2（平方英尺）0.108=A/dm2（2）赫尔槽阴极上的电流分布）赫尔槽阴极上的电流分布
23、 样液选择：样液选择：代表性代表性 重复试验重复试验每次试验溶液体积相同每次试验溶液体积相同；不溶性阳极不溶性阳极 12次试验后更换镀液；次试验后更换镀液；可溶性阳极可溶性阳极 45次再更换镀液；次再更换镀液；试验少量杂质、添加剂影响试验少量杂质、添加剂影响镀液试验次数要少。镀液试验次数要少。阴、阳极材料的选择：阴、阳极材料的选择：平整的长方形薄板平整的长方形薄板 阳极：阳极：35 mm，与生产相同、，与生产相同、不溶性阳极、瓦楞形及网状阳极不溶性阳极、瓦楞形及网状阳极 阴极阴极：0.251mm，冷轧钢板、白铁片、钢及黄铜片，冷轧钢板、白铁片、钢及黄铜片（3）赫尔槽试验的方法）赫尔槽试验的方法
24、外添物质：溶解度？怎么溶，加多少？电流强度选择电流强度选择 根据电解液的性能而定，一般在根据电解液的性能而定，一般在0.53.0A。大多数的光亮镀液采用大多数的光亮镀液采用2A2A；非光亮镀液一般采用非光亮镀液一般采用1A1A；装饰性镀铬采用装饰性镀铬采用5A5A；硬铬采用硬铬采用6 610 A10 A。试验时间试验时间 一般为一般为510 min，也可适当延长时间。，也可适当延长时间。试验温度试验温度 应与生产时相同。应与生产时相同。实验结果选取：实验结果选取：阴极试片中线偏上阴极试片中线偏上1cm区。区。（4）阴极试片镀层外观的表示方法）阴极试片镀层外观的表示方法阴极试片结果部位选取阴极试
25、片结果部位选取A镀层烧黑而粗糙部分；镀层烧黑而粗糙部分；B镀层发暗部分；镀层发暗部分；C镀层光亮部分镀层光亮部分用符号表示镀层的状况，也可配合文字说明。用符号表示镀层的状况，也可配合文字说明。赫尔槽试片的符号赫尔槽试片的符号（5）赫尔槽实验的方法举例）赫尔槽实验的方法举例1）准备阴极试片及阳极板前处理：除油-水洗-活化-蒸馏水水洗-打片2）阴极试片评价范围 光亮性 烧焦情况 整平性 延展性 覆盖能力 走位能力 电流效率 3）如评价镀液的整平性 用60、80目砂纸，使用均一压力，摩擦赫尔槽试片的下半部分。均匀的不平。镀完之后评价整平性 尤其适用于铜、镍镀液整平性评价。若试片全光亮范围在AB之间,
26、则在中点C上画一条线,再在CB上距离C点1/3处取一点D,依据试验确定C、D处的阴极电流密度,下限为D的对应值,上限为C的对应值,即大生产所用阴极电流密度范围只能是CD之间。原因原因:实际生产,工件复杂,阴阳极距离、工件装挂方式、阳极分布等因素影响,必须留有足够范围的阴极电流密度余量。4）如评确定生产中采用的电流密度范围温度：50，时间5min，I=1A香豆素含量变化 g/L0g/L0.1g/L0.2/L0.4g/L时间5min，I=1A温度的变化 405060杂质影响 正常镀液含杂质镀液正常镀液+不同浓度杂质预之比对1 1、什么是分散能力、覆盖能力？测量方法如何？、什么是分散能力、覆盖能力？测量方法如何？2 2、影响电流及镀层均布的因素有哪些？生产中如何、影响电流及镀层均布的因素有哪些？生产中如何 保证电流在阴极均布。保证电流在阴极均布。3 3、简述、简述HellHell槽构造，应用范围及测试方法。槽构造，应用范围及测试方法。作作 业业
