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第六章电镀和化学镀

二、电镀溶液的基本组成
主盐：沉积金属的盐类，用于提供金属离子。
有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等；有能与金属离子形成络盐的成分，如锌酸钠、氰锌酸钠等。
络合剂：络合剂与沉积金属离子形成络合物，改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要成分。
常用络合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。
e
阴极反应： Cu2++ 2e = Cu 2H+ + 2e = H2↑
阴极阳极
阳极反应： Cu- 2e = Cu2+ 4OH- -4e = 2H2O+O2↑
Cu2+ H+
＋
－
SO4 2OH—
工件
CuSO4
以镀镍为例：将零件浸在 NiSO4 溶液中作为阴极，金属 Ni 板作为阳极，接通电源后，在零件表面就会沉积出金属Ni层。在阴极上发生还原的反应： Ni2++2e-→Ni 副反应： 2H++2e-→H2↑ 镍阳极上发生金属镍失去电子变为镍离子的氧化反应： Ni→Ni2++2e副反应： 4OH-→2H2O+O2+4e-
板、螺钉、螺栓、仪器仪表外壳等。
镀锌层特性
纯净的镀锌层，在常温和大陆性气候条件下比较稳定；在温度高于70℃的热水中，锌的电势变得比较正，失去对黑色金属的保护作用。它在潮湿的介质中容易生成一层主要由碱式碳酸锌组成的薄膜(3Zn(OH)2· ZnCO3)，这层薄膜有一定防护能力。
在含氮离子介质中，锌不耐腐蚀，在海水中不稳定（Cd），
• 光亮剂——提高镀层的光亮度。 • 整平剂——改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。 • 润湿剂——降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附着，减少针孔。 • 掩蔽剂——消除微量杂质的影响。

第三章电镀与化学镀

镀层种类
银
应
银是贵金属，具有良好的化学稳定性；但在含硫化物的大气中表面易生成硫化银而变黑。银对钢铁，铜都是阴极性镀层，且价贵难得，故一般不用作防护镀层。
装饰镀层：银具有良好的装饰性能，表面易抛光，呈银
白色，常用于餐具，工艺品和家庭用具的装饰镀层。
用
功能镀层：银的导电性能优良，接触电阻小，电子电器，通讯器材的零部件镀银，可保证良好的导电性和钎焊性。
但银镀层很容易扩散和沿材料表面滑移，产生抖动现象；在潮湿大气中会产生“银须”，造成短路，这是需要注意的。
贵金属
金镀层主要用于工艺品，首饰的装饰，以及在恶劣条件
下使用的电子器件仪表元件。
铂镀层主要用于电镀，电解，阴极保护中使用的不溶性阳
极（钛基镀铂）。另外也用于精密仪器，外科器械。
材料表面工程
锡
防护镀层：应
锡在食品有机酸中对钢铁属于阳极性镀层，且锡对人体无毒，故镀锡铁皮用作食品罐头盒。
功能镀层：用
锡有良好的钎焊性能，故需要钎焊的无线电器件和零部件广泛采用锡镀层。但在高温，潮湿和密封条件下，由于锡镀层存在内应力会生长晶须，造成短路，这是需要注意的。锡不与硫化物作用，故与火药及橡胶接触的工件常镀锡。钢件渗氮处理时可用局部镀锡保护不需渗氮的部位。锡质软，可塑性好，锡镀层可提高冷拔，变薄，拉伸过程中工件表面润滑能力。
功能镀层
钢件镀黄铜（0.5～2.5微米），可大大提高与橡胶的结合力（如轮胎衬里钢丝）黄铜镀层也可作为减摩镀层。
材料表面工程
铜
腐蚀特点用
铜是正电性金属，不受非氧化性酸的腐蚀，但会和氧发生反应。在空气中铜易氧化而失去光泽，在含二氧化碳或氯化物的潮湿大气中，铜表面易生成碱式碳酸铜或氯化铜膜，受到硫化物作用时表面会生成棕色或黑色的硫化物膜。钢铁表面的铜镀层属阴极性镀层。因此铜不单独作为钢铁件的防护镀层。

电镀和化学镀技术

（四）金属的电沉积过程
金属电结晶三步骤对电沉积的影响： 3）在电流密度也相当大，过电位的绝对值很大时，被还原的金属离子数量很多，在电极表面上形成了大量的吸附原子。在这种情况下，它们很有可能聚积在一起，形成新的晶核。而且极化越大形成晶核的几率就越大，速度就越快，晶核的尺寸也就越小，因而可以获得细致光滑的金属层。所以在电镀过程中，极需要在晶体生长的同时，还有大量的晶核形成。电镀时总是设法使阴极电化学极化大一些。
（一）电镀液组成 1.主盐：能够在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐。主盐浓度要有一个适当的范围。主盐浓度高，溶液的导电性和电流效率一般都较高，可使用较大的电流密度，加快沉积速度。但是，主盐浓度升高会使阴极极化下降，出现镀层结晶较粗，镀液的分散能力下降。主盐浓度低，则采用的阴极电流密度较低，沉积速度较慢，但其分散能力和覆盖能力均较浓溶液好。
电镀层的分类 3）功能性镀层：五、热处理用镀层为了改善机械零件的表面物理性能，常常需要进行热处理。但是，如果零件的某些部位，在热处理时不允许改变它原来的性能，就需要把这个部位局部地保护起来。例如，防止局部渗碳需镀铜，防止局部渗氮则应镀锡。
电镀层的分类: 3）功能性镀层：六、修复性镀层一些重要的机械零部件，例如各种轴、花键、齿轮及压辊等，在使用过程中被磨损，或在加工过程中磨削过度，均可用电镀法予以修复，使其重新发挥作用。可用于修复尺寸的镀层金属有铜、铁、铬等。七、可焊性镀层一些电子元器件组装时，需要进行钎焊。为了改善它们的焊接性能，需要镀以锡、银等。
目前，金属镀层的应用已遍及经济活动的各个生产和研究部门，例如机器制造、电子、仪器仪表、能源、化工、轻工、交通运输、兵器、航空、航天、原子能等。

第6章电镀和化学镀

镀层按镀层的性能分为三类：
(1) 防护性镀层镀锌及锌合金，镀镉等； (2) 防护装饰性镀层多层镍+铬，钢+镍+铬，铜
+锡+铬，镍+铜+镍+铬等； (3) 功能性镀层
电镀层必须满足的三个条件：
1) 与基体金属结合牢固，附着力好； 2) 镀层完整，结晶细致，孔隙少； 3) 镀层厚度分布均匀。
1.2、电镀溶液的基本组成
1 析出金属的易溶于水的盐类，称为主盐； 2 能与析出的金属离子形成络盐的成分； 3 提高镀液导电性的盐类； 4 能保持溶液的PH值在要求范围内的缓冲剂； 5 有利于阳极溶解的助溶阴离子； 6 影响金属离子在阴极上析出的成分——添加剂。
考察一个电镀溶液是否满足生产的需要，一般要了解一些基本的性能参数：包括电流效率、分散能力、整平能力、覆盖能力等。
电刷镀设备石的墨用的电形量状、可用根水据量需比要槽制镀成少各很种多样，式，以可以节约能适源应、被资镀源工。件表面形状为宜。刷镀某些镀液时，也可以采用金属材料作阳极。
(2)镀液特点
电刷镀溶液大多数是金属有机络合物水溶液，络合物一般在水中溶解度大，并且稳定性好。因而镀液中金属离子含量通常比槽镀高几倍到几十倍。
1.3.3 刷镀
采用直流电源，电源的正极接镀笔，作为阳极，电源的负极接工件，作为阴极。刷镀时使浸满镀液的镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动。随着刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚。
在镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到工件表面，并在工件表面获得电子被还原成金属原子，形成镀层。
电刷镀技术的特点：
(1)设备特点
电刷镀设备简单，体积小、重量轻，多为便携式或可移动式，便于现场使用或进行野外抢修。

电镀与化学镀

金属还原的基本条件和可能性
金属离子还原析出的可能性是获得镀层的首要条件！
5.1 电镀基本知识
法拉第定律和电流效率
➢ 电流通过镀液时，电解质溶液发生电解反应，阴极上不断有金属析出，阳极金属不断溶解。法拉第定律：金属的析出(或溶解)量必定与通过的电荷(量)有关。
W kQ kIt
➢ 其中，W为形成产物的质量；k为比例常数，即电化当量；Q为电量，为电流I与时间t的乘积。
第五章电镀与化学镀
主要内容
5.1 电镀基本知识 5.2 合金电镀 5.3 复合电镀 5.4 电刷镀 5.5 化学镀
5.1 电镀基本知识
电解与电镀
• 电解：在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子在两极发生氧化还原反应的过程。
• 阴极（还原反应）：
Cu2+ + 2e ＝ Cu
• 阳极（氧化反应）：
3. 采用特定的添加剂
• 添加剂在镀液中的含量比较少，一般不影响金属的平衡电位；有些添加剂能显著地增大或降低阴极极化，明显地改变金属的析出电位，从而对某些金属沉积起作用，实现共沉积。例如添加明胶可使铜、铝离子实现共沉积。
5.2 合金电镀
合金电镀的特点
1. 与热冶金合金相比：
① 容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni。 ② 可获得热熔相图没有的合金,δ-铜锡合金。 ③ 容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni-P。 ④ 在相同合金成分下，电镀合金与热冶合金相比，硬度高，
影响电镀层质量的基本因素
7. 基体金属
① 基体金属性质：镀层的结合力与基体金属的化学性质及晶体结构密切相关。
a. 基体金属电位负于沉积金属电位，就难以获得结合良好的镀层，甚至不能沉积。

第一章电镀及化学镀

电结晶是指还原得到的金属原子在基体金属表面，按一定规律排列成新晶体的过程。金属的电结晶过程与盐溶液中盐的结晶过程相似。平衡电位状态相当与溶液的饱和状态；而阴极的过电位则相当于溶液的过饱和度。溶液在析出金属时的阴极极化作用越大，过电位就越高，生成晶核的速度就越快，镀层的晶粒就越细；反之，晶核的形成速度低于生长速度，镀层的晶粒就越粗。电结晶过程也是由形核—长大的方式进行的。吸附原子总是在基体金属表面的扭折或台阶处率先形核，再通过扩散逐渐长大，这样所需的热力学驱动力最小。
1.1.6 电镀溶液的基本组成[2] （1）主盐（2）络合剂（3）附加盐（4）缓冲剂（5）阳极活化剂（6）添加剂
1.1.7 电镀工艺过程[1,2] 电镀工艺过程一般包括以下三个阶段：（1）镀前处理（2）电镀（3）镀后处理镀前处理的目的是为了得到干净新鲜的金属表面，为最后获得高质量镀层作准备。镀前处理的质量直接影响到镀层与基体间的结合力和镀层的完整性。镀前处理主要包括：抛光或打磨、去油脱脂、处锈、活化。镀后处理则关系到镀层的防护性和装饰性效果。镀后处理包括：（1）钝化处理（2）去氢处理
m′---阴极上实际析出金属的质量；m---理论上应析出的质量 1.1.5 金属电沉积电镀过程宏观上是一个电解过程；而微观上是一个电沉积过程，即在外电流的作用下，反应粒子（金属离子或络离子）在阴极表面发生还原反应并生成新相——金属的过程。亦称为电结晶过程。（1）金属离子还原析出的可能性在一定的电流密度下金属离子进行阴极还原时，其析出电位等于它的平衡电位与过电位之和，即：Φ = Φ平 + ΔΦ
分类：防护性镀层装饰性镀层功能性镀层要求：结合力致密、均匀性外观

第三章电镀和化学镀

3.2 电镀工艺
3.2.1 电镀过程示意图
(1)被镀零件接在阴极被镀零件接在阴极→ 被镀零件接在阴极就是与电源的负极相连接。 (2)待镀金属接在阳极待镀金属接在阳极→ 就是与电源的正极相连接。 (3)电镀液必须含有待镀电镀液必须含有待镀金属的离子溶液。金属的离子溶液。
3.2.2 电镀电极反应
解：I = ( (n × 96500)/(A)) ×((W)/(t × η)) 解=((2 × 96500)/(58.69)) ×((2.5)/(10 × 60 × 100%)) ： t= =13.7 96500)/(A)) ×((ρ × S × d)/(I × η)) ((n × =((2需电流13.7安培 ×((8.93 × 1000 × 5 × 96500)/(63.54)) ∴需电流安培 -4)/(15 ×100%)) × 10 =900(秒)=15(分) 秒分
♦ (1)阴极反应：溶液中金属离子在阴极获得来自电阴极反应：金属离子在阴极反应溶液中金属离子
源负极送出的电子，在待镀零件表面上形成一层金源负极送出的电子，待镀零件表面上形成一层金送出的电子表面上形成属镀层。属镀层。
♦ Xn+＋ne–→X ♦ 例如：Cu2++2e- → Cu 例如： ♦ (2)阳极反应：欲镀金属溶解成金属离子进入电镀液阳极反应：溶解成金属离子进入电镀液阳极反应欲镀金属溶解成
放出电子导线至电源正极以构成通路电子沿通路。中，并放出电子沿导线至电源正极以构成通路。
♦ X→Xn+＋ne– ♦ 例如：Zn→Zn2++2e例如：
例1：：
铁质钥匙上要镀铜如图，纯铜作阳极，钥匙作阴极。如图，纯铜作阳极，钥匙作阴极。电镀液：：硫酸铜溶液。：：硫酸铜溶液电镀液：：硫酸铜溶液。阳极反应：氧化反应）阳极反应：Cu→Cu2+＋2e– （氧化反应）阴极反应：（还原反应）阴极反应：Cu2+＋2e–→Cu（还原反应）

电镀和化学镀

化学镀镍
用还原剂将镀液中的镍离子还原为金属镍并沉积到基体金属表面上去的方法称为化学镀镍。
1. 化学镀镍机理
➢ 原子氢态理论 ➢ 氢化物理论 ➢ 电化学理论
原子氢态理论
H2PO2- + H2O → HPO3- + 2H + H+ ➢ Ni2+ + 2H → Ni + 2H+ ➢ H2PO2- + H → H2O + OH- + P
一、什么是化学镀？化学镀是指在没有外电流通过的情况下，利
用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。
化学镀与电镀相比的优点
➢ 化学镀不需要外电源，设备简单、操作容易，可用于各种基体，如：金属（钢、铝、镁等）、非金属（陶瓷、塑料、木材等）及半导体等。
➢ 均镀能力和深镀能力好，无论工件如何复杂（深孔、凹槽、盲孔等），只要采取适当的技术措施，均可得到均一的镀层。
化学镀镍磷零件
医学资料
• 仅供参考,用药方面谨遵医嘱
化学还原镀
还原镀是在金属的催化作用下，通过可控制的氧化还原反应而产生金属沉积的过程。这种方法不是通过金属的溶解，而是依靠还原剂的化学反应：
Rn+ + MZ+ → R(n+z)＋ + M 在这里还原剂Rn+被氧化成R(n+z)＋，而自由电子使MZ+还原，还原剂的电位应该显著低于沉积金属的电位。
活化可将金属表面的氧化物、盐加以去除，使金属表面容易与后续电镀金属紧密结合。
需要慎重选择合适的酸液及缓蚀剂，避免过度浸蚀底材。
镀后处理
➢ 钝化处理是指在一定的溶液中进行化学处理﹐在镀层上形

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第六章 电镀和化学镀

第三章 电镀与化学镀