表12—8酸性电镀液的钯电镀工艺(pH%1~5)
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(1)酸性氯化物(pH值<1)。配制的简略的钯电解液是酸性氯化物体系(表12—8的I镀液),官是依据上面的方程式(12—35)配制的。
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正在这个强酸以及高氯化物含量的体系中[3,],均衡常数以下:
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这个较弱的钯络合物阐明正在非贵金属上的热浸镀很容易发作。 PdCl2正在lmol/L HCl电解液中的轮回伏安图如图l2—221114]所示。Ep(Pd2+)约莫为0.1V(SCE),正在年夜量的氢气开端开释以前,PdH。的峰电位正在0.27V阁下。回程扫描时,氢气正在阳极被从氢化钯夺上去[8,88,102],EP(氧化)值为+0.03V。初,钯金属正在电势约为0.57V时溶解。
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图12—22 PdCl2正在lmol/L HCl电解液中的轮回伏安图(转速为2000r/min) 钯从酸性电解性中堆积进去的效率值普通为97%~l00%。据报导,可取得致密的、无裂纹、厚达l0/-m的膜(见表l2—8的参考文献)。堆积层色泽一般为缎面,直至光洁以及灰红色。依据堆积前提的没有同,失去膜的宏观硬度正在250~350HV(维氏硬度)之间[aT]。 依据Raub的钻研[37],当电流密度正在1~100mA/cm2,温度正在10~50℃时,钯正在+0.1~0.5V(NHE)范畴内堆积。阳极过电位对温度有依赖性,这可很容易从总电流电位特性察看到,如图l2—23所示。 假如钯正在较低氯含量的电解液中堆积,那末,阴极复原的过电压会升高,如图12—24所示。这类景象发作是由于自在钯离子浓度依然很高,因而低的氯化物以及氢浓度升高了钯(1I)氯络合物的稳固性,见方程式(12—35)以及方程式(12—36),并正在12.5.3节中探讨之。
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图12—23 电流一电位曲线 0.1mol/L PdCl2;5mol/L HCl;di/dt=0.2A/(cm2·s);没有同温度
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图12—24 电流一电位曲线 0.1mol/L PdCl2;0.5mol/L HCI pH值为5.0;di/dt0.2A/(cm2·s) 关于这个别系,有报导说,正在电势0.5~1.2V时,氢共堆积很少。氢的开释恪守均衡电势下的能斯特定律[见方程式(12—20)3。因而,即便正在10个规范氢离子浓度的浓氯化物溶液中,H2也仅是正在均衡电位为+0.059V时才开端开释。 电流密度正在1~5mA·cm-2时,氢的量低于3mL Hz/g Pd,这样就使患上 [H]/EPa]小于0.03。这个后果阐明这个别系失去的堆积膜全是升相。 对正在含5mol/L HCl的0.1mol/L PdClz溶液中,正在1~3mA·cm卅电流密度下失去的钯堆积膜进行x射线剖析,后果标明,a一钯的晶格扩展到3.895,&(1A=0.1nm),而纯钯的晶格为3.890A。堆积膜是细晶粒的,取向没有规定,不择优取向。膜出现较低内应力,膜厚添加,应力升高,如图12—25所示.
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图12—25内应力与膜厚的关系(0.1mol/L PdClz;5mol/L HCl;电流密度1以及3A/cln2) RaubE37]曾经申明过,酸性氯化钯电解液很适宜堆积厚的钯膜。而且膜内应力较低,电流效率约为l00%。这类体系的缺陷是不克不及间接正在非贵金属基体上堆积,另外,对基体金属以及电镀设施浸蚀性较年夜。RaubE373对这个别系进行了精良的剖析,包罗替换电流密度的丈量,Pd2+/Pd电荷通报反响的活化能的测定。(2)酸性硫酸盐(pH值<1)。Raub[39]以及SimonEll0]钻研了硫酸电解液(如表12—8所示,电解液J)。据报导,该体系能消弭氯化钯体系的一切缺陷。硝酸钯溶解正在硫酸中会孕育发生玄色的、海绵状的、紧凑黏结的钯膜。但是,增加5%~20%的亚硫酸钯后可失去滑润圆滑、有光泽的钯积淀层。亚硫酸钯络合物([Pd(S03)2]”_)的构成升高自在钯离子的浓度,使它的复原电位向更负的标的目的偏偏移。金属堆积添加的阴极过电压对堆积膜的功能有较好的影响。 滑润圆滑、有光泽的膜能够失去,且膜中氢含量比拟少,应力低[393。从这个别系堆积的钯硬度为350HV阁下。正在钯堆积的进程中,亚硫酸盐被复原成硫化物,并吸附正在阳极上。硫化钯克制钯的堆积,并混合正在镀层中。跟着亚硫酸电解液的量以及阴极电流密度的添加,硫含量也跟着添加。膜的功能次要取决于硫含量。失去的膜一般为细晶粒的、较硬的、有着显著的(100)取向。 这个工艺的缺陷是需求贵金属(例如,金)触击电镀来避免非贵金属外表被浸蚀,还需求延续过滤以缩小钯离子复原为金属的趋向,复原反响进程以下E393:
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(3)酸性触击电镀(pH值为3~4)。酸性钯“触击电镀”工艺是由Stras—chil等人开发的[111,llZ](见表l2—8电解液L)。这个工艺是正在pH值为3~4范畴内应用无机二胺来稳固钯络合物。没有像pH值≤l的强酸性电解液,这个化学体系不克不及进行“置换”电镀,也不克不及侵蚀非贵金属基体。然而,它促成了外表氧化物脱除了,尤为是镍上的氧化物,使它成为理想的“触击电镀”工艺。这个工艺经过添加基体外表的成核以及包覆,使患上随后堆积的贵金属的孔隙率升高。这个别系体现精良的化学以及电化学稳固性,pH值也稳固,这是因为具备较高的缓冲能,力。Straschil[112]引见了这个电镀液的配制以及操作进程。这个工艺的缺陷是不克不及堆积出厚度超越0.20#m的镀层,超越就会有因为氢脆构成的裂纹[112|。然而,只有薄堆积层需求触击电镀。 |