测定镀层内应力的方法与注意事项

1.弯曲阴极法

弯曲阴极法使用最早，操作也比较简单。其基本形式是：采用一块长而窄的金属薄片作为阴极，背向阳极的一面绝缘。电镀时一端用夹具固定，另一端可以自由活动。电镀后，镀层中产生的内应力迫使阴极薄片朝向阳极（张应力）或背向阳极（压应力）弯曲。用读数显微镜或光学投影法可测量阴极的形变。

镀层的内应力可通过电镀后阴极的形变（弯曲阴极的弯曲半径R或弯曲度Z，或阴极下端偏移量Z′），按下列公式分别计算：

或 或

式中，σ是镀层内应力（Pa）；E是基体材料弹性模量（Pa）；t是阴极基体厚度（mm）；d是镀层厚度（mm）；R是阴极弯曲的曲率半径（mm）；Z′是阴极下端偏移量（mm）；Z是阴极的弯曲度（mm）；L是阴极的长度（mm）。

2.刚性平带法

采用刚性平带法时，用塑料框架夹住一块金属薄片，在它的一面进行电镀；或者把两块金属片叠合在一起，夹在塑料框架内，两面电镀。电镀后将薄片从框架中取出。由于夹持力消失，薄片就自由地弯曲到平衡状态。通过仪器测量薄片的曲率半径，即可计算出镀层的内应力：

式中，σ是镀层内应力（Pa）；E是基体材料弹性模量（Pa）；t是基体厚度（mm）；d是镀层厚度（mm）；R是阴极弯曲的曲率半径（mm）。

3.螺旋收缩仪法

采用螺旋收缩仪法时，把不锈钢片制作成螺旋管，并使它的一端固定，然后进行单面电镀（内表面涂以绝缘漆）。由于镀层的应力使螺旋管产生扭曲，借助于自由端齿轮变速装置使指针偏转。根据指针偏转的角度计算镀层的内应力：

式中，σ是镀层平均内应力（Pa）；D是指针偏转角度（°）；p是螺旋管螺距（mm）；t是螺旋管材料厚度（mm）；d是镀层厚度（mm）；K是螺旋管偏转常数（N·m/℃），它是指针转动1°所需的扭曲力矩。

使用该方法时要用市售螺旋应力仪，并且在每次测量之前，按仪器使用说明，测定螺旋管的K值。

4.应力仪法(www.xing528.com)

采用应力仪法时，用一个圆金属片作为阴极，压紧在装有电镀溶液的容器上。圆形金属片是用厚度为0.25～0.6mm，直径为ϕ100mm的铜或不锈钢做成的。在圆片上面或容器侧面连接一个装有测量溶液的毛细管。当圆片接触镀液的一面进行电镀时，镀层产生的应力使圆片弯曲（张应力使圆片凹下，压应力使圆片鼓起），造成容器容积发生变化，从而导致毛细管中的液面上升或下降，据此测量应力的性质和大小。应力仪测量精度与螺旋收缩仪相同。圆片阴极不需背面绝缘，且可在电解液进行搅拌的情况下测定。

内应力可按下式计算：

式中，σ是内应力（Pa）；r是圆片阴极被镀面半径（mm）；H_a、H_b分别是电镀后、电镀前毛细管读数（mm）；t是阴极材料厚度（mm）；d是镀层厚度（mm）；k是圆片常数（m³/N）。

为了求得圆片常数，可将装好的圆片浸入密度已知的溶液中，在两个不同深度（L₁、L₂）处，测出毛细管中相应的液面高度（H_a、H_b）就可计算出圆片常数K：

式中，K是圆片常数（m³/N）；L₁、L₂是圆片浸入溶液的深度（mm）；H_a、H_b是相应于L₁、L₂时毛细管液位（mm）；ρ是溶液密度（g/mm³）。

5.电磁测定法

电磁测定法也属于弯曲阴极法，不同之处是当薄片阴极弯曲时，安装在阴极上部的电磁铁能连续施加阻止其弯曲的力，这个力的大小可借助于流经电磁铁的电流来确定，并据此计算镀层的内应力。

6.电阻应变仪测量法

电阻应变仪测量法是根据电阻丝的伸缩而导致电阻值变化的原理来测量镀层的内应力的。

将电阻材料制成的应变片粘贴到试样电镀面的背面作为被测部位。电镀时，镀层产生的内应力引起应变片电阻值发生微小变化，其变化值可用电阻应变仪进行测量。

7.长度变化法

采用长度变化法时，将阴极薄片进行两面电镀。电镀后试片虽不弯曲，但长度会发生变化。当镀层产生拉应力时，试片就缩短；当镀层产生压应力时，试片就伸长。根据试片长度的变化，可测定镀层的内应力。