» » Скорость электроосаждения при нестационарных режимах
10.02.2017

В большинстве случаев скорость электроосаждения цинковых покрытии определяется не предельным током диффузии iпр, а исходя из качества покрытия. Обычно она меньше предельной, так как покрытия, полученные при плотностях постоянного тока, граничащих с iпр, некачественны. Увеличения рабочей плотности тока при сохранении требуемого качества покрытия можно добиться применением нестационарных режимов электролиза. Для таких процессов Розбрухом и Миллером было решено уравнение нестационарной линейной диффузии для различных граничных условий. Из последних работ по этому вопросу следует отметить работы Че, в которых показано, что хотя величина предельного тока для импульсного и реверсивного режимов может быть значительно выше, чем при использовании постоянного тока, предельная общая скорость нанесения покрытия при нестационарных режимах всегда ниже, чем в режиме постоянного тока.
Соответствующее аналитическое выражение имеет вид:
Скорость электроосаждения при нестационарных режимах
Скорость электроосаждения при нестационарных режимах

где iпр.р — предельная скорость нанесении покрытия реверсируемым током; iпр.п — предельная скорость нанесения покрытия постоянным током; a=π2D/4δ2 — диффузионный параметр; D — коэффициент диффузии; б — толщина диффузионного слоя; θ — период цикла реверсируемого тока; θ1 — длительность катодного импульса; θ2 — длительность анодного импульса; (iр)п и (in)п — предельная плотность реверсируемого и постоянного токов; r — отношение плотностей тока в катодном и анодном импульсах.
Приведенное соотношение всегда меньше единицы. Применение разработанной теории для практических целей автор иллюстрирует следующим примером. Приняв C0 = 0,1 моль/л, D = 10в-5 см2/с, δ = 0,005 см, n = 1, θ = 50 мс, θ1/θ = 0,6, 1/r = -0,2, Че рассчитал (in)п, (iр)п и отношение предельных скоростей нанесения покрытии при использовании реверсируемого и постоянного тока, которые равны соответственно 19,3 мА/см2, 35 мА/см2 и 0,92.
Увеличение скорости осаждения цинка при нестационарном режиме электролиза достигается за счет того, что улучшение качества покрытий, связанное с пестационарностью процесса, позволяет работать в условиях, близких к предельным. При электроосаждении реверсируемым током (iк = iа) со следующими параметрами: 1,5 с ≤τк/τа≤5 с и 3 с≤τ≤16 с (τк и τа — продолжительности соответственно катодного и анодного периодов в цикле, а τ — общая продолжительность цикла) обеспечивается формирование более гладких цинковых покрытий при более высоких скоростях электроосаждения, чем при применении постоянного тока.
Согласно диффузионной модели Деспича и Айбла при нестационарных режимах электролиза возможно применение очень высоких катодных плотностей тока (до 250 А/см2). В этом случае образуются два диффузионных слоя: пульсирующий — вблизи электрода, и стационарный— более удаленный, причем, применение высоких плотностей тока возможно благодаря очень малой толщине пульсирующего диффузионного слоя. В этих условиях даже при предельных значениях плотности тока образуются качественные покрытия. При малой длительности импульса диффузионный слон имеет очень малую толщину — от 0,02 до 0,14 мкм, что в 7—50 раз меньше, чем толщина диффузизионного слоя в сильно перемешиваемых растворах. Это позволяет применять очень высокие кратковременные плотности тока.