Условия получения компактных поликристаллических осадков

Такие осадки получаются при весьма сильно отклоненном от равновесия электродном Ɛ катода, и скорость образования кристаллических зародышей намного больше линейного роста. Скорость линейного роста определяется поставкой разряжающихся ионов к растущим граням кристалла. Первоначально рост идет на наиболее выгодных участках, там силовые линии тока гуще, процесс идет быстрее, но и быстрее истощается область по разряжающимся ионам. Силовые линии перемещаются на другие участки, где есть запас по ионам. На 1-ом участке катодная плотность тока падает, Ɛ снижается и возникает возможность адсорбции ПАВ. Т.е. при восстановлении концентрации ионов Ме на 1-ом участке процесс осаждения будет проходить при большей , т.к. ПАВ закрыли поверхность, образовались кристаллы зародышей, которые вновь будут расти до момента возникновения концентрационных ограничений по разряжающимся ионам. За счет периодического перемещения силовых линий с одних участков на другие и адсорбции ПАВ, получаются мелкокристаллические плотноупакованные покрытия. В качестве ПАВ - различные коллоиды и гидроксиды, действие их аналогично. Компактные осадки будут получаться, когда не достигается , обусловленная поставкой ионов из объема раствора к катоду, т.е. рабочая плотность тока должна быть меньше предельной плотности тока.

Лекция 5: 7.10.2015

Распределение Me и тока по катодной поверхности. Понятие о рассеивающей способности.

Одним из недостатков технологии электроосаждения является неравномерность осаждения покрытий по толщине, особенно на сложно профилированных деталях. Неравномерность приводит к перерасходу цветных Me, снижению антикоррозионных и функциональных свойств. В случае осаждения драгоценных Me, неравномерность приводит к избыточному росту толщины покрытия на тех участках детали, где излишняя толщина не нужна.

Практически всегда на близких участках детали или катода, покрытие будет садиться более толстым, чем на удаленных/углубленных. Т.к. расстояние до близлежащих меньше, чем дальних, меньше сопротивление столба электролита, то сила или плотность тока на близлежащих участках будет выше, а это предполагает осаждение более толстого слоя покрытия. Распределение тока или Me по катодной поверхности связанное только с геометрическими параметрами, т.е. с разноудаленностью называется первичным распределением ().

= == - связано только с геометрией.

Но существует понятие вторичного распределения () – это реальное распределение тока или Me по катодной поверхности: = == - определяется на опыте. зависит от многих факторов: состава электролита, режима процесса и им можно управлять, делая покрытие более равномерным, чем оно могло бы быть, исходя только из геометрических параметров.

Соотношение и определяет параметр – рассеивающая способность (РС) электролита, показывает степень отношения реального к и выражается в %: РС= ∙100%. - отношение расстояний, – реальное отклонение толщин или плотностей тока. Идеальное распределение, т.е. одинаковая толщина достигается, когда стремится или равно 1.

Близкая по понятию величина – это кроющая способность (КС). В отличие от РС она показывает возможность электролита давать покрытие в труднодоступных местах или углублениях без учета равномерности толщины.

I – в углу покрытие есть, большая разницы толщин; II – в углу покрытия нет, равномерность толщины. . Даже на плоских деталях часто наблюдается неравномерность толщины, связанная с появлением краевого эффекта. За счет сосредоточения силовых линий именно по краям детали получается, что толщина покрытий на краях может быть намного больше, чем в центре детали.

Чем хуже РС, тем больше будет разнотолщинность, даже на плоской детали. Величину РС можно выразить через некоторые электрохимические параметры, которыми можно управлять.

Выразим напряжение, которое будет реализовываться в ванне или ячейке на ближнем или дальнем участке: , , , параллельное соединение, поэтому .

Анод плоский, Ɛ на всей поверхности примерно одинаковый, поэтому:

,

= ;=.

= , тогда .

=, делим на и выявляем, что:=

= + . Выразим через : = , = .

Вторичное распределение: = + , переходим к исходной формуле РС: РС= = =

Изменение потенциала (в данном случае ) приходящееся на единицу тока или плотности тока - величина поляризуемости (Р_к) - это сопротивление протеканию электрохим. процесса, которое зависит от многих факторов. Поляризуемостью можно управлять, она непостоянна – это хорошо.

Величина, обратная от сопротивления – электропроводность электролита и поэтому РС=Р_к∙χ , а электропроводность тоже изменяема. Если использовать величину удельной электропроводности и величину плотности тока, то размерность такого произведения – см, и произведение (Р_к∙χ) часто сравнивают с величиной расстояния до ближнего участка катода. Если расстояние до ближнего участка больше >>>> Рк∙χ, то распределение покрытия будет определяться только геометрическими параметрами и разноудаленностью. И наоборот, <<<<Рк∙χ, покрытие стремится к идеальному распределению. В некоторых источниках, геометрический и электрохим.параметры выражают через критерий Вагнера: χ∙Рк∙.

Распределение Me и распределение тока на катодной поверхности будут совпадать между собой в том случае, если Вт=100% или Вт не зависит от плотности тока. Это достигается не всегда: = =. Помимо электрохимических параметров нужно также знать зависимость Вт от применяемой плотности тока. Учет выхода по току: РС=[1- (1- Рк∙χ)], а когда выхода по току равны или 100%, то формула превращается в исходное состояние.