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电镀过程的离子迁移现象

点击数:24142018-06-01 17:31:10 来源: 邯郸市大舜电镀设备有限公司|脉冲电镀电源系列|滚镀机系列|振镀机系列|直流电镀电源系列

当电流通过电镀槽时,电镀液内的阴离子和阳离子会分别沿相反方向迁移,这种现象称之为电迁移。实际上,电镀过程中的离子除电迁移外,还同时存在着扩散和对流两种迁移现象。现以硫酸铜含量200g/L及硫酸含量60g/L的光亮硫酸镀铜溶液为例来说明这三种迁移方式。通过计算(从略),可知该酸铜溶液的H+、SO42-、Cu2+的离子迁移数分别为0.58、0.30、0.12(离子迁移数指镀液中某种离子所迁移的电量占通过该镀液总电量的比值)。另外,为简便计,该酸铜溶液的阴、阳极电流效率可视为100%。


1.电迁移


由法拉第定律可知,当通过电镀槽的电量是1法拉第时,在电极上将有1克当量的物质发生反应。先来看看上述酸铜溶液的阳极情况。当通过1法拉第电量时,阳极上将有1克当量的金属铜溶解,生成了1克当量的Cu2+。又因为在该酸铜溶液中,Cu2+的离子迁移数为0.12,则说明在通电1法拉第电量后,Cu2+从阳极区域溶液中电迁移出去0.12克当量。这样的话,相当于阳极区域溶液中的Cu2+增加了1-0.12=0.88克当量。又知H+、SO42-的离子迁移数分别为0.58、0.30,则说明在通电1法拉第电量后,H+从阳极区电迁移出去0.58克当量(相当于在阳极区留下或增加了0.58克当量的SO42-),SO42-从溶液内部电迁移至阳极区0.30克当量,则阳极区的SO42-增加了0.58+0.30=0.88克当量。这样的话,在通电1法拉第电量后,对于阳极区域溶液来说,因为Cu2+和SO42-的量同样增加了0.88克当量,所以仍然呈电中性(相当于阳极区增加了0.88克当量的CuSO4)。


再来看看该酸铜溶液的阴极情况。当通过1法拉第电量时,阴极上将有1克当量的金属铜沉积,阴极区域溶液中减少了1克当量的Cu2+。但因此时从溶液内部电迁移过来0.12克当量的Cu2+,则实际上阴极区的Cu2+减少了1-0.12=0.88克当量。又知此时从溶液内部电迁移过来0.58克当量H+(相当于阴极区减少了0.58克当量SO42-),从阴极区电迁移出去0.30克当量SO42-,则阴极区的SO42-减少了0.58+0.30=0.88克当量。这样的话,在通电1法拉第电量后,对阴极区域溶液来说,因为Cu2+和SO42-的量同样减少了0.88克当量,所以仍然呈电中性(相当于阴极区减少了0.88克当量的CuSO4)。


由以上分析可知,在上述酸铜溶液通电1法拉第电量后,阳极区增加了0.88克当量CuSO4,而同时阴极区减少了0.88克当量CuSO4。此时,整个溶液仍然呈电中性。那么,随着电镀时间的延长,是否会出现这样的情况:阳极区CuSO4越来越多而阴极区CuSO4越来越少、以至于最后阴极区CuSO4为零而镀不出铜来?当然不会的,因为电镀过程的离子迁移方式除了电迁移外,同时还有另外两种方式:扩散和对流。正是由于扩散和对流这两种运动的作用,使电迁移造成的电极附近与溶液内部间物质的不平衡得以再平衡,从而维持电镀过程的正常进行。


2.扩散


当镀液中的某一种成分存在浓度差异时,由于分子热运动的结果,即使在镀液完全静止的情况下,也会发生该成分从高浓度区向低浓度区的移动。这种移动,就称为扩散。比如,在一杯静止的清水里滴入一滴墨汁,墨汁会从滴入处慢慢地分散到清水的每一个角落,直到清水全部变成墨汁的颜色。这就是一种扩散现象。扩散是因浓度场的存在而产生的一种物质迁移现象。


上述酸铜溶液在通电后,随着阳极区CuSO4浓度的不断增大,造成阳极区CuSO4与其他区域CuSO4的浓度差不断增大,则势必发生Cu2+和SO42-成对地向溶液内部扩散,进而向阴极区扩散,从而使电迁移造成的溶液各区域间物质不平衡得以减缓。由于是阴、阳离子成对地一起扩散,所以这种移动不会引起电流的传送。


3.对流


所谓对流,是指溶质的粒子随镀液的流动而迁移的一种现象,溶质与镀液之间没有相对运动(而扩散的溶质与镀液之间存在相对运动)。比如,封闭房间的空气里含有不洁的成分,当把房间前后窗户打开后,流通的空气会把原房间的空气及其所含的不洁成分一块儿赶走。这就是一种对流现象。对流是因速度场的存在而产生的一种物质迁移现象。


镀液中的对流,是由于通电或加热的原因,使镀液局部区域产生了浓度和温度的差异,引起溶液密度不同而使溶液自然流动,并带动溶质粒子一起运动。这种对流属于自然对流。电极反应时析出气泡带动的溶液翻动,也是一种自然对流。还有一种对流叫强制对流,指人为地使镀液流动而产生的对流,比如挂镀的阴极移动、空气搅拌,

滚镀的向滚筒内循环喷流等都属于强制对流。


在镀液的对流过程中,能把一些电极反应的反应物或生成物带过来或带过去,从而起到传送物质、再平衡溶液各区域间物质不均的重要作用。因通电时各部分溶液都是电中性的,故这种对流不会引起电流的传送。


综上所述,当电流通过电镀槽时,电迁移造成了电极附近与溶液内部间物质的不平衡,而扩散和对流使这种不平衡得以减缓,从而保证了电镀过程的正常进行。

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