基于阵列电极的电沉积铜层均匀度的研究#张锦秋，陈桂林，王晓伟*（哈尔滨工业大学化工学院，哈尔滨150001）510152025摘要：为解决微小、复杂零件电镀时存在的电流密度分布不均匀的问题，在固定尺寸的电镀槽内，使用工作面积不同和排列位置不同的阵列玻碳电极作为阴极，通过测试阴极极化曲线和恒电位沉积-溶出实验，研究镀铜液静止和流动时对阴极电流密度分布和电镀层形貌影响。研究发现，电极工作面积增大，极限扩散电流密度减小；搅拌镀液并不能使工作面积不同的电极电流密度分布平均化；电极呈等边三角型排布时电流密度平均分布情况最好。关键词：应用化学；阵列电极；阴极电流密度分布；线性扫描法中图分类号：TQ153.1ResearchonuniformityofelectroplatingcopperlayerbasedonarrayofelectrodesZHANGJinqiu,CHENGuilin,WANGXiaowei(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001)Abstract:Intheelectrodepositonprocessofsmallandcomplex-shapedworkpieces,currentdensitiesarenotuniformonthedifferentcathodicparts.Differentsizeandarrangementofarrayofglassycarbonelectrodeswereusedasthecathodestoresearchthecurrentdensitydistributionandmorphologyofelectroplatinglayerwhenthesolutionswerestaticorflowingatastationarysizeofatankbythemesurementoflinersweepvoltammetryandtestofconstant-potentialelectrodepositionanddissolution.Withtheelectrodeworkingareaincreasing,thelimitingdiffusioncurrentdensitydecreases.Agitationonsolutionisuselesstogetuniformcurrentdensitydistributionontheelectrodeswithdifferenceworkingareas.Theuniformityofcurrentdensitydistributionisthebestwhentheelectrodeswerearrangedasequilateraltriangle.Keywords:Appliedchemistry;arrayofelectrodes;currentdensitydistribution;linersweepvoltammetry300引言电镀中，受流体场和电场的共同作用，阴极电流密度分布是不均匀、非线性的，使得处于不同位置的阴极镀层外观、厚度等不一致。随着精密加工技术的发展，使用电沉积技术加工的工件尺寸越来越小，形状越来越复杂。这些微小、复杂的零件表面电沉积层的均一3540度直接影响着零件的成品率和性能。而且，随着金属环保电沉积技术的开发、离子液体等新型电解质的使用，镀液的价格越来越高，制约了新技术的推广和应用。因此，从节约成本、提高效率的角度出发，使用适量的镀液获得高质量、高均一度的镀层是新型电沉积技术在工程化应用过程中的迫切需求。阵列电极在电化学中的应用主要是为了提高整个电极系统的响应电流，一些研究人员研究了电极位置、电极间距等因素的影响。Fouad等人[1]使用长度为15cm、直径为0.8cm的圆柱形电极阵列通过电凝法分离废水中的油，结果发现水平排列的电极比垂直排列的电极分离效率更高。Soh等人[2]使用单体75µm长，10µm宽的硼掺杂钻石超微阵列电极用于电化学分析，发现电极间距对其表面的扩散传质有影响。此外，流体的运动方式对电流密度分布也基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20112302120035）作者简介：张锦秋（1979-），女，讲师，主要研究方向：电沉积功能材料.zhangjinqiu@hit.edu.cn-1-使用上海辰华公司生产的CHI750d和CHI630b电化学工作站，扫描速度0.001V/s。有影响，Debecker等人[3]通过线性铂阵列电极研究了剪切流条件下铁氰化物还原过程中的455055电流分配，Hayashi等人[4]发现微带交错阵列阴极上的响应电流与溶液流速有关系。本文使用工作面积不同和排列方式不同的阵列玻碳电极作为阴极，在固定尺寸的电镀槽内，研究了镀铜液静止和流动时对阴极电流密度分布的影响。1实验方法镀槽为圆柱形，直径120mm，高250mm，有机玻璃材质。镀槽底部放置圆盘状阳极，略小于镀槽，紫铜材质；上部放置由不同尺寸、不同数目玻碳电极组合而成的阵列电极，组合形式依实验目的而定；参比电极为饱和甘汞电极（SCE）或Hg/Hg2SO4电极。镀槽中溶液为电镀铜水溶液[5]，具体配方为：CuSO4150g/L，H2SO460g/L。玻碳电极有三种规格，直径分别为3mm，4mm和...