Прогнозирование равномерности осаждения гальванических покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

до вычитания Л/Щ)^.^ а элементам с номерами 1 >} присваиваются нулевые значения. Таким об-

ралом, сверяясь с равенством объемов, лашшае-мых веем материалом в пространстве аппаратов цилиндрической и конической формы, было получено начальное распределение материала но ячейкам конического аппарата«

^ И ИНГ 11гП/ • * Г ■ 1И ^ Л il«. 1«

л. Расиpe,icjicmic массы (а) п шннеитрашш |0) магершоа m? вмеше аппарата коинчеешн *|юрмм, (I пт&шкк ржщж-

леленис, 2 распределение в установившемся режиме), HgJ. M;iss uO and concentrai ¿un |б) cibliibyiion on fhe corn cal Ibnn dcvíce hcight. ! in an imlial ihsinhuiiorb 2 is distribuí Um al

a ^taliunarv comimans.

Vi о л раскрытия конуса принимался ным 50€\ Распределения масс и концентраций материала по высоте аппарата конической формы представлены на рис. За и 36 соответственно.

Таким обратом, предложена нелинейная модель, позволяющая получить распределения концентрации п скоростей частиц по высоте аппарата в установившемся режиме. С помощью модели может быть исследован и переходный режим, а также уточнено шаченне скорости начала пеевдоожижепня и критической скорости уноса материала m аппарата,

Л И Т Е Р Л Т У Р Л

Кшан В Ai. - Теорешчес&ие основы типовых î хпхттхшт гсхнологни. Учеб, поетте для сгулентов хим.нех налоги* г снен.. вушв, лЛ,; Химия, lv>??< 5^1 с< Крем мм Н,ф. I J|H>iic€Cb! и жптрты в технологии сфошслышх маге риалов; Учеб. для нумш ии ctictt «Jljv во ефшп, у.ислнй н консфукцин» /Мл Высыпая школа. 1986. 2X0 с,

Минтоп В.К., Ушаков í А\ Дфо/шшшичеекзя класен* фttKimm тцчтшип, ■ Мл Химия. 169с,

Гсльнермн Aííhümchh В.Г^ Ктпт В.К, / Оспи-

ны 1СХШЖИ исснлоожижсиня. /Мл Химик. 1%?, 664с.

:лра прикладной ма гемш икн

В*М* Псшошев, Л.В. Волков и чч ИЛ1 Мегроченкова, Л.Ё. Шувакнн ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

(Нономосковскин институт РХТУ нм.ДЛМенделеева)

K-mail: pomouaev^MmiLru

Угшшш^л^/^* «шш интегральный критерий рассеивающей способности по металлу, и целом верно отражая свяп* равномерности и рассеивающей способности по металлу, не всегда позволяет с достаточной точностью оцепить распределение металла* Предложен локальный критерий рассеивающей способности, учитывающий особенности зависимости изменения скорости осаждения металла от плотности тока. Пока ш но, что & диапазоне рассеивающей способности от 0 и до 100% при оценке распределения более нагруженных участков катода и от 15% и более при оценке менее погруженных током участков предложенный критерий достаточно точно описывает равномерность покрытия.

Равномерность распределения металла при одной т важнейших характеристик, определяю-осаждении гальванических покрытий является тих качество и свойства тгнх покрытий,

ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 том 50 выи 3

103

го го, равномерность распределения тока определяет эффективность электрохимической защиты, материальный тнос при коррозии металлов. Повышение равномерности распределения тока и металла позволяет решить ряд прикладных тдач: улучшение качества гальванических покрытии (структуры осадка, прочности его сцепления, коррозионной стойкости, внешнего вида и тлп); по-вышенне лкономической эффективности эдектро-осаждения металлов, анодных процессов, ллек-троаштеза; снижение расхода цветных и благородных металлов. В свою очередь, распределение ■тока и металла по поверхности электрода определяется рассеивающей способностью электролита. Целью данной работы является изучение влияния плотности тока и рассеивающей способное! н электролита по металлу на равномерность распределение Металла и возможность иропнтшровашш локальною распределения тока и металла.

Измерения проводили в xéckiролитах ни-и меднения (табл. 1). Исследуемые шты относится к разным, с точки прения равномерности, электрохимическим системам и по своим показателям охватывают практически

■Cl»

весь днаиаюи таких свойств, присущих промынь ленным электролитам, как рассеивающая СПОСОБНОСТЬ ÜO току, электронроводзннггь, ПОДЯрИ'ШШЯ и

1ШК!ПЦй /

Составы 'ыектролитов и режимы работы ТаЫе / EClectroIvtc compositions md operatingcdmJttiriEis

у .у,>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.>.'1,1,1,1 'II >U¿................. ы »sssss» > ^fcw. W.s<^sss>.sssssssU.U.U.U.U. г лмм 1А AUJ V AU. V AU.U. W >|»>|| | .......... > >. ........м М rt I rt I • I ■! I lYl1!. W.........АМЛМЛМ " * ¿ * VlVl*.........и-у^

ocnm же&пюл ítra I жаннс, и, А дм" l í,

В качестве критериев, определяющих равномерность покрытия были выбраны: интегральный критерии рассеивающей способности РС (уравнение I) и два дифференциальных критерия ЬШш(уравнение 2) и Ь|Ш.Ч (уравнение 3). основанные на соотношении экстремальных и средних значе-

нии скорости осаждения металла. Применение этих критериев, на наш взгляд* позволило более точно сравнить свойства ллектролитов*

% t?

РС = { 1

S} i

' 100%

(1)

\a

И

i

П -- i

h = M..... f M

" mm

П

/ ó

" mач * n

(2) (3)

" ~ тач

Для оценки зависимости равномерности распределения тока от рассеивающей способности по току была рассчитана зависимость Р€\ от критерия электрохимического подобия и значения критерия Ьтш и Ь,шч для щелевых ячеек Молера с различными значениями 1/Ъ от 1,3 до 4. Ячейки с соотношением 1/Ъ от 1,3 до 1,8 применяются для моделирования детален прости конфигурации, с соотношением Ш от 2,1 до 2,8 дли деталей средней конфигурации, с соотношением ///? от 3,5 до 4 сложной конфигурации.

Рассеивающую способность, распределение тока н металла в щелевой ячейке оценивали по методике, предложенной в работах [К 2). Ус-таиовка еосюит пт следующих основных частей: щелевой ячейки, электродов и блока для измерения распределения тока. Щелевая ячейка наиболее удобна для измерения рассеивающей способности при невысоких плотностях тока (до 5А/дм"К даст наименьшую погрешность. Электроды представляли собой металлические пластины *п нержавеющей стали размером 100x9,5x0,5мм, С обратной стороны электроды маркировали. Анодом служил металл, соответствующий осаждаемому на катоде- Форма, размеры, положение его в анодном пространстве и щелевой ячейке произвольное.

Распределение тока оценивали по падению напряжения на калиброванных сопротивлениях, нключешшх последовательно в цепь каждого ллектрода катодного блока.

Результаты измерения минимальной и максимальной скорости осаждения меди (рис. К 2К интегрального и дифференциального критерия равномерности (табл. 2, 3) в различных ячейках (для примера приведены данные в стандартной ¡пеленой с ячейке ///? - 2,35) покатали, что инте-гралинып критерии рассеивающей еиосооиости, в целом верно отражая с вяль равномерности и РСм, не всегда позволяет оценить локальную скорость осаждения. Наиболее яркий пример аммиакат-ныи >лсктролит меднения.

i 04

ХИМИЯ И ХМММЧР.СКДЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 шм so выи. 3

lfftitr i i l

Ш; К1' ы H M

УМ

||ЦЦ|,|.ШШ11|| ^ ll l I I,.....

0 0Л $ r.i > :<3 v з. А/ЙМ5

РиЫ, Минимальная скорое п* осаждения меди на наиболее улалешюм or щеми участке катода тежтт ячейки Милср^ (номер кривом соопкп'ешуег номеру ^леноролита I) Ftg. 1. Minimal copper deposition rate for Hie most 1шнн.1ыа?кс sbilcd МЫегЧ cell cathode pari from l he spin of (curve number

>er IVi.mi

nies me cic<

¿3 V

1 ■.'> ' CI v>

'J. >• I.- ii 4 1 Ф

Рис,2, Максимальная скорость оеаждетня мели ма наиболее улалешюм т ¡мели участке каюла щелевой ячейки Mujepa <номер кривой соигиекл иусч номеру ^.^скцюлти икы. 11

Maximal copper depoMUon rate Ibrihc шоsi long-dislaoce sUued Mofei's ceH cathode part from the split of(curve number appropriates the electrolyte number from Table 1 )

Таблица 2

Рассеивающая способность и показатели равномер-мости сернокислог о и амшшкатшн о электролитов меднения (ячейка Модера Mr—235) Table 2 Scattering ability and uniformity factors for

j[Moler4 cell with l/h—2,35)

Имея рассеивающую способность но металлу больше, чем у сернокислого электролита, он, тем не менее, отличается меньшей скоростью осаждения и равномерностью распределения металла на труднодоступных участках катода.

Изучение чаи не и мост и равномерности распределения металла от РС электролитов но ме-

таллу показало, что иаолюдаются значительные отклонения от монотонной зависимости локальной равномерности распределения металла и РСЧ

на последних катодных секциях (рис, 3, малых значениях PC отклонение от рассчитанной кривой достигает 2<

Твбяицй 3

Рассеивающая способность и показатели равиомер-мости пирофосфа! ного и цианистог о электролитов меднения (ячейка Мол ера И*-2.35). ТаЫе 3 Scattering ability and uniformity factors for pyrophosphate and cyanide electrolytes for copper coating (Moler's cell with l/h=235).

S.niHClUI! ),8СКГ|>ОЛИП 11ироф<»сс|шныи ^лаСфШИТ

UH;a- л j % 1 b„n ] PCm. %

^ ' 1.....Л5,1 "1

wTTjo.fHt ПРьТ ahS

~5 ! .</ o.5'> 2.25

0,62

-1WIIXXYXYf MVV^ A

4?,К

Bill им

'? 4

s

(U7

:i:ix>xixixixix

U«AsWMAUskk« «Vi I rtW.'X

M Ь H

4i

<.,/8 J

Рис, Чшшашосгь bmm or рассеивающем способности no металлу. ! ■■ расчетная щулпm\ Ш* 'женерименпшлше лай

|>шшоп л scattering ашшу on a metal, i is calculated curve; points are experimental data.

«V Л

о

4C1

%

Рис 4 Ч;нтснмоеи» bm-i, os рассеивающей еиоеоож.кти ¡ш иыу. 1 расчетная крннаж жшеримент^лыше

липпыс

k Dcpendciicc bfru„ on scallenng ab^iiy on metal * 1 ^

j к

- nrc с

ХИМИЯ И ХИМИЧ1:СКДЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2007 том 50 ныи, 3 105

учета особенности изменения скорости осаждения металла от плотности тока предлагается использовать локальный критерий РС Величина локальной РС оценивается но с л еду км нем у

РС

s W

(1

а

11? V

* 100%

В уравнении (4) Ц, - значение распределения металла, рассчитанное по величине РС.\4, а Ь, • реальное распределение металла на контролируе мом участке. Для проверки возможности использования предложенного критерия дли оценки рав номерностн был проведен расчет Ьтт в адвисимо-етн от локального значения рассеивающей способности, Результаты расчет приведены на рис. 5-

4 0

о/

Рис. Зависимость Ь^„п or локальном расссшэдвдшсн епошб«

нос г и 1жк цшхшхт но металлу. 1 .....кривая, иолу четпт рас-

четным нулем: Я - экспериментальные д^тше Fig3. Dependence b,mi} on a local electrolyte scattering ability on a meuil. I is calculated curve; pomb are e>

Результаты намерений и расчетов показали. что в дшшалонс рассеивающей способности от 0 и до I 00% при оценке распределения более нагруженных участков катода и от 15% и более при оценке менее нагруженных током участков пред* ложелтып критерий удовлетворительно согласуется с -жхпернмеитальиымн данными. Относительная погрешность оценки как так н Ьтт не превышает 3%. Вместе с тем следует отметить, что при прогнозировании при малых значениях рассей наш те и способности (менее 15%) ошибка может достигать 50%.

Таким образом, в работе показано* что ни-тегралышп критерии рассеивающей способности но металлу, в целом верно отражая с вяль равномерности и РСм. не всегда позволяет оценить распределение металла и локальную скорость осаждения. 11ре;рожен критерии Р(\ учитывающий особенности изменения скорости осаждения металла от плотности тока. Показано, что относительная погрешность опенки как Ьшш так и не превышает 3%. практически но всем диапазоне рассеивающей способности.

Л ИТ КРАТУРА.

Г Начинок ГЛ„ Кудрявцев ИЛ -'Итоги науки и тсхни» . Сер Электрохимия, М.: ВИНИТИ. ¡479. Г 15.

РМ^б,

тткум 1 ш ггриклзлпон меклрохимпи: Учебное пособие л ли пулов/ (гяхчисаряйшиш {юриеопзебааш ЮЛ. Нуркаг Г. К. Пол | усл. Кулртиспл В Л Г Ж: Химия, с.

С

Кафелра технологий -шектрешши чески х нроггшолсш

106

ХИМИЯ И ХИМИЧПСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 200? том 50 выа 3