霍尔槽实验设备作业指导书

一、简要介绍

霍尔槽实验只需少量镀液，经过短时间实验便能得到在较宽的电流密度范围内镀液的电镀效果。该实验对镀液组成及操作条件作用敏感，常用来确定镀液各组分的浓度，获得良好镀层的电流密度范围，同时也常用于镀液的故障分析，能很好的确定镀层光亮性、烧焦情况、整平性、延展性、覆盖能力、走位能力、电流效率等，因此霍尔槽实验已成为电镀研究、电镀工艺控制不可或缺的手段。

二、应用范围

霍尔槽应用广泛，针对制版行业主要用于检测电镀溶液综合性能、检测添加剂组分平衡性、电镀溶液故障排除等。

三、操作参数

1、电流密度在试片上分布

霍尔槽的阴极与阳极互不平行，阴极的一端离阳极近，称近端；另一端离阳极远，称远端。由于电流从阳极流到阴极的近端和远端的路径不同，不同路径槽液的电阻也不同，因此阴极上的电流密度从远端到近端逐渐增大，267ml的霍尔槽近端的电流密度是远端的50倍，因而一次试验便能观察到相当宽范围的电流密度下所获得的镀层状况。阴极上各点的电流密度与该点离近端距离关系的经验公式：Jk=I*(C1一)，式中 Jk--阴极上某点的电流密度值（A/dm2），I—试验时的电流强度（A），L—阴极上该点距近端的距离(cm），C1、C2—常数，在250ml试验液中，C1=5.1，C2= 5.24。

注意：靠近阴极两端各点计算所得的电流密度是不正确的，只有在0.635--8.255cm范围内，计算值才有参考价值。267ml霍尔赫尔槽中放入250ml镀液做试脸时，阴极上各点的电流密度应是267ml的1.068倍，即267ml赫尔槽阴极的相应点的电流密度乘上267/250。

2、不同镀液所使用的电流，及时间说明：见下表

镀种

电流（A）

温度（℃）

时间/分钟

空气搅拌

备注

镀铜

40

3-10

需要

外观实验取下限，添加剂消耗实验取上限。

镀镍

1-2

40

需要

镀铬

10

55-60

2-6

不需要

3、试片选择

分类

试片选择

试片要求

备注

镀镍

黄铜覆膜试片

去膜后百洁布或800#砂纸打磨

空气搅拌要用小气量

镀铜

黄铜覆膜试片

空气搅拌用大气量

镀铬

黄铜或紫铜片、退锌后的铁片等

不用空气搅拌

四、使用说明

1、样液

试验用样液要有代表性。取样前，镀液必须充分搅拌，并从镀槽的不同部位采取，混和后使用，霍尔槽试验使用不溶性阳极时，镀液试验2～4次就要更新；使用可溶性阳极时，每取一次槽液可使用6～8次；做杂质或添加剂的影响试验时，槽液使用次数应适当减少，具体使用次数还取决于每次使用的时间和电流大小，应根据具体情况灵活决定。

2、试验条件

槽液温度应与生产时相同，时间一般为3-10分钟，光亮镀液应采用空气或机械搅拌，电流常取1～4A，镀铬用5~ 10A。

3、实验步骤

（1）将镀液倒入霍尔槽250ml标线处，气管插入霍尔槽气管插入口，开启搅拌，接通加热管插座；

（2）将镀液加热到比工艺温度低1-2℃（一边加热一边搅拌），断开加热管插座然后靠加热管余热加热到40℃，避免局部过热添加剂分解，切不可将镀液加热到过高温度（添加剂会分解），即便是冷却后也不能全面反应镀液的原始状态；

（2）将电源电流旋钮调至最低，将电源正极连接到阳极，电源负极连接到试片中间位置；

（3）旋转电流旋钮逐步将电流调到规定值，并及时打开时间控制器；

（4）到预订时间，关闭电源，取出试片冲洗干净，（镀铜试片在冲洗后应放入30-50g/L的重铬酸钾溶液中钝化5-10S，以提高抗氧化能力），并用热吹风机将试片吹干（注意温度不宜过高，否则容易造成鼓泡，影响观测），然后再进行试片分析；

（5）实验完毕，将霍尔槽及时清洗干净，以备下次使用。

4、试片分析

以下为各种状况下，制版镀液测试， 霍尔槽试片外观现象：，如右图所示：

1—高电流密度区（简称高区）

2—中电流密度区（简称中区）

3—低电流密度区（简称低区）

（1）硫酸盐镀铜

镀液成分

试片外观

最佳状况

试片60-70%范围光亮，高区左侧上半部分有轻微毛刺，下半部分有轻微烧焦（不超过2mm），低区为暗红色镀层（无光镀层，非半光亮），走位、整平和覆盖性能佳

硫酸铜

偏高：低区镀层发暗，铜层分散能力降低，如果硫酸铜含量过高，还会出现电压逐步升高的现象

偏低：高区烧焦（即深褐色粉状镀层），铜层光亮范围相对变宽

硫酸

偏高：镀层光亮范围大，槽电压低于5V；含量过高造成阳极表面有硫酸铜结晶，使槽电压逐步升高

偏低：其它条件相同的情况下电压高，高区烧焦，铜层沉积速率慢，低区发暗，整平性差

氯离子

偏高：试片光亮范围变窄，高区光亮，镀层中低区呈灰白色，镀层整平性差，严重超标时阳极表面覆着白膜，甚至影响阳极正常溶解，槽电压会逐步升高

偏低：镀层光亮性差，整个试片呈灰白色，镀层外观粗糙，高区有烧焦现象

温度

偏高：光亮范围变窄，高区不易烧焦

偏低：高区烧焦（即深褐色粉状镀层）

电流

偏大：高区边缘有毛刺或烧焦

偏小：低区光亮不足

添加剂

1#多或2#少：光亮范围变宽，低区变为半光亮镀层，高区边缘上部有针状毛刺，下部烧焦区域变小

1#少或2#多：高区上部针状毛刺减轻，下部深褐色粉状镀层面积扩大，光亮范围变窄，低区为无光亮镀层

1#、2#总量偏少，镀层光亮范围宽，超过70%，同时伴随版辊硬度不均，保质期过短；少量（0.25ml）补充单一添加剂，试片外观变化大

1#、2#总量偏多，光亮范围相对较窄，50%以内，同时伴随版辊硬度较高；少量（0.25ml）补充单一添加剂，试片外观变化小或没有变化

铁离子偏高

镀层发雾

锌离子偏高

镀层粗糙

（2）硫酸盐镀镍

镀液成分

试片外观

最佳状况

试片镀层70-80%细腻均匀，高区左侧边缘会有轻微烧焦或镀层粗糙（1mm左右）

镍盐

偏高：硬度增加，杂质容忍度高

偏低：覆盖能力、走位能力较好，镀层粗糙，电流效率低，高区容易烧焦

硼酸

偏高：镀层粗糙

偏低：高区烧焦

PH

偏高：镀层光亮度增加，但高区烧焦，镀层粗糙

偏低：光亮度降低，电流效率下降，高区有析氢现象

铜离子偏高

低区发黑，有黑点产生，积累过多则镀层结合力差

铁离子偏高

全片粗糙，若PH低于3.5粗糙沉积会更快

锌离子偏高

低区发黑，发暗

（3）六价铬镀铬

镀液成分

试片外观

最佳状态

试片60-70%有光亮镀层，低区无镀层，镀层沉积区与漏镀区域界面清晰，无彩虹色膜层，高区边沿有2-5mm的烧焦镀层

铬酐

偏高：高区不宜烧焦，分散能力提高，镀层韧性提高

偏低：高区烧焦区域变大；沉积速度快

三价铬

偏高：导电性差，槽电压高，高区烧焦，分散能力提高；过高电流开不上去，镀液升温快

偏低：电流效率低，光亮性差，槽电压低

硫酸

偏高：槽电压较小，光亮范围变窄，低区覆盖能力差

偏低：覆盖能力好，低区易出彩虹色膜

温度

偏高：光亮范围变窄，高区不易烧焦，分散能力差

偏低：高区容易烧焦，但光亮范围提高，覆盖能力提高

铁离子偏高

高区容易烧焦，电流效率变低，分散能力下降

铜离子偏高

分散能力降低，镀层硬度降低

五、镀铜添加剂的测试

1、添加剂平衡测试

（1）测试温度38-40℃，电流4A，时间3min，正常试片高区下半部分边沿会有1-2mm烧焦镀层，高区上半部分边沿无烧焦，且无毛刺产生；试片的光亮范围约60-70%；低区为无光亮镀层（非半光亮）；

（2）1#添加剂过量后，高区下半部分边沿镀层烧焦区域缩小，高区上半部分边沿有毛刺出现；试片的光亮范围超过70%；低区为半光亮镀层；

（3）2#添加剂过量后，高区下半部分边沿镀层烧焦区域扩大，高区上半部分边沿光滑，无毛刺出现；试片的光亮范围缩小至50-60%；低区为无光亮镀层（非半光亮）。

2、添加剂总量测试

按照添加剂平衡的测试方法，向霍尔槽中添加1#或2#添加剂0.25ml（1ml/L）：

（1）如果高区状况、光亮范围、低区外观等指标与原片相比变化较大，说明镀液中的添加剂含量不高，变化越大，添加剂总量越小；

（2）如果高区状况、光亮范围、低区外观等指标与原片相比变化很小，说明镀液中的添加剂含量较高，变化越小添加剂总量越高。

3、标准试片制作

标准试片指能够代表镀液各方面性能都比较良好的试片，使用一段时间的镀液，因镀液中添加剂的分解产物和金属杂质较多，所以各镀槽的标准试片有差异，不能统一标准；标准试片制作应当选择无返工记录的时间段以内的镀液进行测试，测试完毕，重铬酸钾溶液钝化，烘干，用透明清漆保护存放。

4、生产中添加剂配比的测定

添加剂是由多种中间体按照不同比例配置而成，各种中间体对镀铜层的韧性、延展性、机械强度等力学性能起的作用不同，所以生产中维护镀液中添加剂成分的稳定至关重要，然而各种中间体因化学性质的差异，在镀液中的消耗途径不一样，有的在阳极氧化变性，有的在阴极还原并夹杂在镀层当中，还有的因镀液温度过高分解，所以要测试标准的添加剂配比方案，需要做好以下两点；

（1）首先要保证工艺参数和工艺条件的稳定，其中包括温度、电流密度（必须超过13A/dm2，否则添加也会失调）、阴阳极距离、阳极铜球面积、氯离子含量、版辊转速、阳极冲洗频率等电镀要素；

（2）在以上工艺条件稳定之后，1#、2#添加剂的消耗量就基本确定，按照第五项要求的方法对添加剂进行连续几天的测试，就能判断添加剂消耗的比例，并在现有基础上进行调整，反复两次就能准确找到正确的添加剂消耗比例。

六、注意事项

1、霍尔槽实验要做到六个统一：①霍尔槽统一，不同的霍尔槽测试的试片不能进行分析对比，不同的霍尔槽测试的试片效果有较大差异；②电流要统一，不同的电源波形有差异，试片外观也会有差异；③温度要统一，有条件的可以在测试过程中进行风扇降温或置于恒温水浴锅内恒温；④阳极放置位置要统一，尽量靠一侧放置；⑤试片前处理要统一，退镀时间不统一、试片打磨材料的不统一等都会造成试片外观的差异，影响外观分析；⑥气泵气量要统一，不同的搅拌气量对外观影响比较大；

2、霍尔槽做外观测试，添加剂比例、总体含量测试，适当选择电流上限（4A-4.5A，硫酸铜220 g/L：4.1A，240 g/L：4.2A，260 g/L：4.3A，280g/L：4.4A），时间选择下限（3min）；霍尔槽做结合力测试，时间选择上限（5-6min）；

七、说明

1、对于试片切不可死搬硬套，需要根据实际情况灵活掌握；

2、试片只作为判断的依据，但不作为标准。