CN112323133A - 利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法 - Google Patents

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罗龚
范小玲
袁原
赖彩燕
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李宁
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Abstract

本发明公开了一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，包括下述步骤：激发电镀：给定电镀液施加激发电镀反应的电压；测定数据：测算电镀过程各参数的数据；拟合推算：根据电流随时间变化特性，并通过计时电流曲线与扩散传质深度的关系，推算得到电镀液放电离子的扩散深度；本申请旨在提供一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，能够测算电镀液离子扩散传质深度。

Description

利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法
技术领域
本发明涉及电化学测量技术领域，尤其涉及一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法。
背景技术
电化学测量是电镀过程分析的常用方法，电化学测量可以直接快速的得到电镀过程的电位、电流等参量的变化过程。通过对电镀过程电位和电流变化过程的分析可以获得实时电镀的微观状态，这是其它镀层检测手段，如：显微镜，所不具备的。因此，电化学分析方法长久以来作为电镀过程分析重要手段。通常的电化学分析方法注重电镀过程离子放电的难易和快慢，而较少关注到离子在溶液中扩散所带来的影响。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，能够测算电镀液离子扩散传质深度。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，包括下述步骤：
激发电镀：给定电镀液施加激发电镀反应的电压；
测定数据：测算电镀过程各参数的数据；
拟合推算：根据电流随时间变化特性，并通过计时电流曲线与扩散传质深度的关系，推算得到电镀液放电离子的扩散深度。
优选的，在所述测定数据的步骤中，包括测定电镀过程电流密度I，电流密度I由电化学作站测量计时电流曲线得出。
优选的，在所述测定数据的步骤中，包括计算放电离子的电化学当量zF，电化学当量zF由放电离子的化学价态计算得出。
优选的，在所述测定数据的步骤中，包括计算t＝0时刻，电极表面参加电化学反应的粒子浓度c0。
优选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电离子扩散系数D。
优选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得电镀瞬时核点数量和连续成核最大核点数量N。
优选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得第一电极表面成核扩散区延伸速率常数k和第二电极表面成核扩散区延伸速率常数k’。
优选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电活性点形成生长核点稳定常数A。
优选的，在所述拟合推算的步骤中：
电镀过程阴极表面晶核瞬时完成成核时，计时电流曲线服从第一公式：
Figure BDA0002761229870000021
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
电镀过程阴极表面晶核连续成核时，计时电流曲线服从第二公式：
Figure BDA0002761229870000022
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
结合第一公式、第二公式以及计时电流曲线，拟合测算得出放电离子扩散传质深度R。
本申请从电化学测试分析方面，能够测量扩散控制电镀过程中，溶液中放电离子的传质深度的方法，可以实时掌握电镀过程中电解液中电镀离子的传质状态和深度，具有及时和准确的优点。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明的计时电流曲线示意图；
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例的一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，包括下述步骤：
激发电镀：给定电镀液施加激发电镀反应的电压；
测定数据：测算电镀过程各参数的数据；
拟合推算：根据电流随时间变化特性，并通过计时电流曲线与扩散传质深度的关系，推算得到电镀液放电离子的扩散深度。
采用上述方法，利用电流随时间变化特性，根据计时电流曲线与扩散传质深度的关系，实现电镀过程离子扩散深度的原位测算，及时反映电镀液中的离子的传递状态。变化曲线样图，参考图1所示。本方法可应用于扩散控制的电镀过程，对于非扩散控制电镀过程则不适用，因为非扩散控制的电镀过程，公式中不会有扩散相关的参数，因此无法推算相关参数的数值。而扩散控制的电镀过程中有相应的参数，故可以通过数学函数的拟合得到相应的参数值。
在激发电镀步骤中，不同的电镀过程，受电镀金属离子的放电难易程度不同，给定电镀液施加激发电镀反应的电压，需根据实际采用受电镀金属离子的放电难易程度进行适当调整。
优选的，在所述测定数据的步骤中，包括测定电镀过程电流密度I，电流密度I由电化学作站测量计时电流曲线得出。
电流密度I的单位为A/cm2。
优选的，在所述测定数据的步骤中，包括计算放电离子的电化学当量zF，电化学当量zF由放电离子的化学价态计算得出。
zF的单位为g/C。
具体地，在所述测定数据的步骤中，包括计算t＝0时刻，电极表面参加电化学反应的粒子浓度c0。
在溶液配制时即可记录电极表面参加电化学反应的粒子浓度c0，或者通过溶液测试的方法得到。c0的单位为mol/L。
可选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电离子扩散系数D。
放电离子扩散系数D也可以通过查阅离子扩散系数数据库得到。D的单位为m2/s。
优选的，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得电镀瞬时核点数量和连续成核最大核点数量N。
N的单位为个/cm2。
具体地，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得第一电极表面成核扩散区延伸速率常数k和第二电极表面成核扩散区延伸速率常数k’。
具体地，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电活性点形成生长核点稳定常数A。
A的单位为s-1。
优选的，在所述拟合推算的步骤中：
电镀过程阴极表面晶核瞬时完成成核时，计时电流曲线服从第一公式：
Figure BDA0002761229870000051
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
电镀过程阴极表面晶核连续成核时，计时电流曲线服从第二公式：
Figure BDA0002761229870000052
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
结合第一公式、第二公式以及计时电流曲线，拟合测算得出放电离子扩散传质深度R。
采用上述的公司进行拟合推算，推算是按照数学函数拟合，求得相应参数得到。其中R就是代表扩散深度的参数值。结合第一公式、和第二公式和电化学测试所得到的计时电流曲线，即：实验中反映电流I与时间t关系拟合的曲线的关系，通过软件进行拟合后即可测算出实验条件下参数”R”的数值。最终，实现利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法。
在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，包括下述步骤：
激发电镀：给定电镀液施加激发电镀反应的电压；
测定数据：测算电镀过程各参数的数据；
拟合推算：根据电流随时间变化特性，并通过计时电流曲线与扩散传质深度的关系，推算得到电镀液放电离子的扩散深度。
2.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述测定数据的步骤中，包括测定电镀过程电流密度I，电流密度I由电化学作站测量计时电流曲线得出。
3.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述测定数据的步骤中，包括计算放电离子的电化学当量zF，电化学当量zF由放电离子的化学价态计算得出。
4.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述测定数据的步骤中，包括计算t＝0时刻，电极表面参加电化学反应的粒子浓度c0。
5.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电离子扩散系数D。
6.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得电镀瞬时核点数量和连续成核最大核点数量N。
7.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得第一电极表面成核扩散区延伸速率常数k和第二电极表面成核扩散区延伸速率常数k’。
8.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述拟合推算的步骤中，包括通过曲线拟合获得放电活性点形成生长核点稳定常数A。
9.根据权利要求1所述的利用计时电流曲线测算电镀液中扩散传质深度的方法，其特征在于，在所述拟合推算的步骤中：
电镀过程阴极表面晶核瞬时完成成核时，计时电流曲线服从第一公式：
Figure FDA0002761229860000021
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
电镀过程阴极表面晶核连续成核时，计时电流曲线服从第二公式：
Figure FDA0002761229860000022
其中：R为放电离子扩散传质深度；t为电镀时间；
结合第一公式、第二公式以及计时电流曲线，拟合测算得出放电离子扩散传质深度R。
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