镍电沉积实验

镍电沉积实验镍电沉积实验 摘要 摘要 电沉积是用电解的方法在导电基底的表面上沉积一层具有所需形态和性 能的金属沉积层的过程 传统上电沉积金属的目的 一般是改变基底表面的特 性 改善基底材料的外观 耐腐蚀性和耐磨损性 现在 电沉积这一古老而又 年轻的技术正日益发挥着其重要作用 已广泛应用于制备半导体 磁膜材料 催化材料 纳米材料等功能性材料和微机电加工领域中 本文主要研究温度对 镍电沉积的影响 一 实验原理一 实验原理 电沉积过程中 由外部电源提供的电流通过镀液中两个电极 阴极和阳极 形成闭合的回路 当电解液中有电流通过时 在阴极上发生金属离子的还原反 应 同时在阳极上发生金属的氧化 可溶性阳极 或溶液中某些化学物种 如 水 的氧化 不溶性阳极 其反应可一般地表示为 阴极反应 Mn n e M 1 副反应 2H 2e H2 酸性镀液 2 2 H2O 2e H2 2 OH 碱性镀液 3 当镀液中有添加剂时 添加剂也可能在阴极上反应 阳极反应 M ne M n 可溶性阳极 4 或 2 H2O 4e O2 4 H 不溶性阳极 酸性 5 镀液组成 金属离子 导电盐 配合剂及添加剂的种类和浓度 和电沉积 的电流密度 镀液 pH 值和温度甚至镀液的搅拌形式等因素对沉积层的结构和 性能都有很大的影响 确定镀液组成和沉积条件 使我们能够电镀出具有所要 求的物理 化学性质的沉积层 是电沉积研究的主要目的之一 本实验通过电沉积镍铁合金和沉积层结构与性能的研究分析 使学生掌握 金属电沉积的基本原理和基本的研究方法 初步了解电沉积条件对镍铁合金沉 积层结构与性能的影响 认识电镀过程中添加剂的作用 电沉积镍铁合金过程的主要反应为 阴极 Ni n 2 e Ni Fe n 2 e Fe 6 阳极 Ni 2e Ni n Fe 2e Fe n 7 在整个沉积过程中 实际上至少包含了溶液中的水合 或配合 镍 铁离 子向阴极表面扩散 镍 铁离子在阴极表面放电成为吸附原子 电还原 和吸 附原子在表面扩散进入金属晶格 电结晶 三个步骤 溶液中镍 铁离子的浓 度 添加剂与缓冲剂的种类和浓度 pH 温度及所使用的电流密度 搅拌情况 等都能够影响电沉积的效果 二 实验仪器与试剂二 实验仪器与试剂 1 仪器 烧杯 直流稳压电源 电流表 电阻箱 恒温槽 电吹风 电子称 导 线 碳棒阳极 铝片阴极 2 试剂 硫酸镍 氯化钠 硼酸 氢氧化钠 盐酸 糖精 苯亚磺酸钠 镍光亮 剂 XNF 等 三 实验步骤三 实验步骤 1 镀液的配制 用烧杯按下列配方配制 200mL 基础镀液 NiSO4 6H2O 300 g L NaCl 10 g L H3BO3 35 g L 在溶液中依次加入糖精 苯亚磺酸钠 镍光亮剂 XNF 使其浓度分别为 1 0 g L 0 l g L 3 mL L 分别进行同实验和记录 调节 PH 至 3 5 4 5 2 将恒温槽温度调至 65 0C 将装有上述溶液烧杯放入恒温槽中 3 将铝片用砂纸磨光 用脐带密封绝缘只剩下 1 3cm2 经 30 的 NaOH 溶 液清洗除油后用 30 HCl 溶液清洗 然后用自来水清洗后 用吹风机吹干称重 4 连接好电路 正极连接碳棒 负极连接铝片 当溶液温度达到 65 0C 将 正负极插入溶液中 接通电源 5 电镀 10min 后 切断电源 取出负极用清水清洗后吹干称重 6 将上述质量减去铝片质量即为镍沉积的质量 7 升高温度分别在 65 70 75 80 85 0C 按上述 3 4 5 步骤测 量镍沉积的质量 并分别计算出沉积量 WNi g 电流效率 镀层厚度 L m 沉积速度 m h 四 数据处理四 数据处理 温 度 沉积量 WNi g电流效率 镀层厚度 L m 沉积速度 m h 650 040324 54 16 1532 29 700 048529 53 18 1636 32 750 060636 89 22 6845 35 800 081849 80 30 6261 24 850 108966 30 40 7781 53 以镀液温度为横坐标 层积速率为和电流效率分别为纵坐标作图 如图1 1所示 6570758085 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 6570758085 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 层积速率V m h 镀液温度 电流效率 层积速率V 电流效率 图1 1 由图 1 1 可知随着温度的升高 电流效率和电沉积速度都升高 五五 讨论讨论 1 电沉积过程主要包括哪些步骤 电沉积铁镍合金工艺流程如下 阴极铜片打磨抛光阴极称重非工作面绝