超声波在电镀中的应用及研究(2)
完美的运用超声能量，使其空化作用能够优秀的配合着我们的电镀过程，用以消除我们不需要的氢脆现象，避免不致密的镀层的产生。这样我们就不再使用能耗高的高温设备用以消除氢脆，更不用为了要达到防护要求而必须镀出很厚的镀层，增加成本。这样可最低限度的节约镀层金属，特别是贵金属。
当然，超声波的作用远不止这些，但受制于实验条件的影响，好多实验项目没有得到验证，所以实验有太多欠缺的地方。但超声波电镀确实增强了电镀过程，得到了我们更想要的镀层。将来若我们能够合成最能配合超声能量的镀层主盐化合物，配制出最佳的超声电镀药水配方，使超声波电镀实现低温，低浓度情况下的电镀。这样便能节约大量的工业能耗，可最大程度的减少药水的带出损失等等的优点。所以超声波电镀必将会成为未来的主流电镀方式。
1.2 国内外研究情况
2 超声波的工作原理
通常把频率为2×104 ～2×109 Hz的声波称为超声波，作为疏密相问的一种纵波，通过液体介质向四周传播，超声波频率高、波长短，传播的方向性好、穿透能力强。当超声波作用于液体介质时，超声波疏密相问地向前传播使液体发生振动，引起介质分子以其平衡位置为中心发生振动。在超声波压缩相内，介质分子问的平均距离减小，而在超声波稀疏相内，介质分子问的平均距离增大。100多年前首次发现当超声波能量足够高时，使液体受到的相应负压亦足够强，分子间平均距离增大到超过极限距离，导致出现空穴，溶解在溶液中的气体被吸人空穴中形成数以万计的微小气泡，这些小气泡在超声波纵向传播的负压区产生及生长，在正压区迅速崩溃，在崩溃点处产生一个寿命极短的局部热点，这样就会产生超声空化现象。Suslick等人用实验的方法测定了气相反应的温度达到了(5200土650)K，液相反应区的有效温度在1900K左右，局部压力在5.05×107Pa以上，冷却速度可以达到109K／s，而气泡液相层厚度在200～300nm之间。
超声空化所形成的异常的高温、高压等极端条件为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种新的非常特殊的物理化学环境。超声空化作用与传统搅拌技术相比，更容易实现介质均匀混合，消除局部浓度不均匀，提高反应速度，刺激新相的生成，对团聚体还可以起到剪切作用。超声空化是许多超声应用的物理基础，特别是声化学反应的主动力，因此，在科学研究和工业生产中得到了广泛的应用。在电镀工业中引入超声波，主要是利用超声波的超声空化效应、机械效应、活化效应、热效应等对电化学沉积过程中液相传质、表面转化、电荷转移、电结晶步骤的影响，以解决电镀过程中的电流效率低、电流微观分布不均、液相传质慢、微粒粒度分布范围广等问题。伴随着超声空化产生的微射流、冲击波和声冲流等机械效应引起液流的宏观湍动及固体粒子的高速碰撞、使涡流扩散加强，有利于物质的传递作用；超声空化的微射流、冲击流等现象产生对液一液界面和液一同界面有冲击、剥离、侵蚀作用，进而使相界面得以更新，产生新活性表面，这种现象被称为活化效应。在超声波电镀的研究过程中，Perusich等人提出了一个数学模型用于描述电极表而的反应和传递性质与微射流问的关系。
超声波在电镀工业中的主要作用有3个方面：①清洗作用；强大冲击波能渗透到不同电极介质表面和空隙里，使电极表而彻底清洗。②析氢作用；电镀中常伴有氢气的产生，夹在镀层中的氢使镀层性能降低，而逸出的氢容易引起花斑和条纹，而超声空化作用使氢进入空化泡或作为空化核，加快了氢气的析出 ③搅拌作用；普遍认为超声空化现象是造成电镀特殊效果的主要原因，超声窄化所产生的高速微射流强化了溶液的搅拌作用，加强了离子的输运能力，减小了分散层厚度和浓度梯度，降低了溶液极化，加快了电极过程，优化了电镀操作条件。【4】
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