第六章-电镀、电刷镀和化学镀
合集下载
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。
第六章 电镀和化学镀1
b）覆盖能力是指电镀液使零件的深凹处沉积上金 属镀层的能力，也称深镀能力。电镀过程要保证在阴 极沉积出金属，阴极电位必须要达到某一最小值，它 对应的电流密度称为临界电流密度。由于电镀时电流 的不均匀分布，在零件深凹部位处的实际电流密度可 能远低于临界电流密度，所以深凹部位没有金属镀层 沉积出来。这种现象越严重，覆盖能力越差。为了改 善镀液的覆盖能力，必须提高平均电流密度。但是又 不能无限地提高，否则阴极凸起部位会出现“烧焦” 现象。阴极材料的本性、基体金属的均匀性和基体的 表面状态等对镀液的覆盖能力有较大的影响。
属与溶液界面间的电位差也没有任何变化，当电化学
电镀时，在阴极表面沉积金属的种类与阳极材料、 电镀液的组成等有关，电镀液一般由以下六部分 构成。
1.主盐
主盐是指电镀液中含镀层金属的盐类，用于提供 金属离子。 镀液中主盐的浓度必须恰当，一般要与镀液中其 他组分浓度维持合适的比值。
2.络合剂 在电镀生产中，一般将能络合主盐中金属离子的物 质称为络合剂。
分散能力和覆盖能力是两个不同的概念， 前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度的问 题，它的前提是在阴极表面都有镀层；而后者 是指金属在阴极表面深凹处有无沉积层的问题。 只要在零件的各处都有镀层，就可以认为满足 了覆盖能力的要求。一般，分散能力好的电镀
溶液，其覆盖能力也比较好。
6.2.2 电镀溶液的基本组成
立，使金属和溶液之间产生了电位差，这种电位差就叫电极电
由金属与含该金属盐的电解质溶液界面之 间产生的电位差，体系达到动态平衡状态， 此时的电极电位称为该金属的平衡电极电位， 简称平衡电位，以E平表示。当溶液温度为 25摄氏度，金属离子的有效浓度是1mol/L （即活度为1）时，所测得的平衡电位叫标 准电极电位，用Eϴ表示。
电镀、电刷镀与化学镀
4．基体金属的影响
基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密 切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电 位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不 容易获得结合力良好的镀层。 铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且 多孔的，零件内孔易积留预处理的溶液，镀件 表面经过一段时间会出现黑色的斑点。 此外，零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底， 也将严重影响镀层的性能。
14
二、电镀反应
图 6-1 是电镀过程原理图，被镀 的零件为阴极，与直流电源的 负极相连，金属阳极与直流电 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
18
主盐浓度的影响
镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的 浓差极化小，晶核形成速度降低，长大速 度快；所得镀层晶粒较粗。这种影响在简 单盐镀液中尤为明显。 主盐浓度过低时，尽管对提高镀液的分散 能力有利，但镀液允许的电流密度小。此 时、镀液中的导电盐可提高其导电性，增 加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利。
碱性镀液有氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、焦 磷酸盐镀锌等。 中性或弱酸性镀液有氯化物镀锌、硫酸盐 镀锌等； 酸性镀锌有硫酸盐镀锌、氯化物镀锌等。 其中以氰化物镀锌、锌酸盐镀锌、氯化物 镀锌、硫酸盐镀锌最为常用。
33
镀锌层的钝化处理
为了进一步提高镀锌层的防护能力，同时 使其外观更具装饰性，通常要在其表面人 为地形成一层致密的氧化膜，这一过程即 称之为钝化处理(或称铬酸盐处理)。 钝化处理的溶液以六价铬为主要成分，辅 之以其它的无机酸或其盐。改变钝化溶液 的辅助成分及其浓度，可以得到白色或蓝 白色、彩色、黑色、绿色等色调的钝化膜。
电镀技术培训资料
电镀技术培训资料一、电镀技术的基本概念电镀技术是一种利用电化学原理，在金属表面通过电解的方式镀上一层金属或合金的薄膜，以提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、装饰性和导电性的技术。
电镀技术可以分为化学镀和电化学镀两种，其中电化学镀是指通过电解液中的离子在电极上沉积形成金属层，而化学镀则是通过化学反应在金属表面生成一层化合物。
二、电镀技术的原理电镀技术的原理主要是利用电解、电化学反应和电流传输等基本原理。
在电解质溶液中，正极（阳极）和负极（阴极）之间形成电场，当外加电压后，阴极上的金属离子（阳离子）在电场的作用下向阴极移动，并在阴极上还原成金属，形成一层金属镀层。
同时，阳极上的金属原子通过氧化反应转化为阳离子，溶解在电解质中，形成金属离子。
这样，通过电解质中金属离子的传输和在电极上的沉积，实现了金属表面的电镀。
三、电镀技术的方法电镀技术的方法主要包括化学镀、电化学镀和自催化电镀三种。
化学镀是通过在金属表面形成一层化合物，如化铬、化镍等，来改善金属的性能。
电化学镀则是通过电解的方式，在金属表面形成一层金属或合金的薄层。
而自催化电镀是通过在金属表面利用化学还原的方法，使金属表面沉积金属，而无需外加电流。
不同的电镀方法适用于不同的材料和要求，因此在实际应用中需要根据具体情况选择合适的电镀方法。
四、电镀技术的注意事项在进行电镀处理时，需要注意的有以下几点：1. 选用适当的镀层材料和工艺参数，以满足不同要求的镀层性能。
2. 控制好电解质的成分和浓度，以保证电解液的性能稳定和镀层质量的一致性。
3. 严格控制电镀工艺过程中的温度、电压、电流密度和镀层厚度，以确保镀层的质量和光泽度。
4. 做好镀前准备和镀后处理工作，包括清洗、脱脂、酸洗、活化等工艺，以提高镀层的附着力和耐腐蚀性。
5. 注意安全问题，避免电解液的溅洒和腐蚀，防止发生意外事故。
通过以上的培训资料，相信读者对电镀技术已经有了一个初步的了解。
电镀技术的发展是一个持续不断的过程，随着技术的不断进步和完善，电镀技术也将会有更广泛的应用和更优秀的表现。
第六章-电镀、电刷镀和化学镀
复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。
若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层
及复合镀层。
6.2 电镀的基本原理及工艺
6.2.1 电镀的基本原理
阴极反应： Men++ ne = Me 2H+ + 2e = H2
阳极反应： Me- ne = Me n+。 OH- - 4e = 2H2O+O2
14
5.1.1金属的电沉积过程 6.2.2 电镀过程及反应
阴极上的电镀过程包括三个步骤： （1）液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴 极表面; （2）电化学反应：金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子 在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子; （3）电结晶： 还原的原子进入晶格结点。
钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧化物膜， 使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。浸 膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提 高镀层的防护性和装饰性
24
6.2.5 影响电镀层质量的基本因素 1) 镀液的影响
①配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密， 镀液的分散能力也较好，整平能力较高。 ②主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核 速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单 盐镀液中更为明显。稀溶液的分散能力比浓溶液好。 ③附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能 力，有利于获得细晶的镀层。
③周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适当控 制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、 光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处较厚的 镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。 ④温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶 粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高， 改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同 的镀液有其最佳温度范围。 ⑤搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极 化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可抵 消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整 平剂的效果。
若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层
及复合镀层。
6.2 电镀的基本原理及工艺
6.2.1 电镀的基本原理
阴极反应： Men++ ne = Me 2H+ + 2e = H2
阳极反应： Me- ne = Me n+。 OH- - 4e = 2H2O+O2
14
5.1.1金属的电沉积过程 6.2.2 电镀过程及反应
阴极上的电镀过程包括三个步骤： （1）液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴 极表面; （2）电化学反应：金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子 在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子; （3）电结晶： 还原的原子进入晶格结点。
钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧化物膜， 使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。浸 膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提 高镀层的防护性和装饰性
24
6.2.5 影响电镀层质量的基本因素 1) 镀液的影响
①配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密， 镀液的分散能力也较好，整平能力较高。 ②主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核 速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单 盐镀液中更为明显。稀溶液的分散能力比浓溶液好。 ③附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能 力，有利于获得细晶的镀层。
③周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适当控 制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、 光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处较厚的 镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。 ④温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶 粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高， 改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同 的镀液有其最佳温度范围。 ⑤搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极 化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可抵 消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整 平剂的效果。
《电镀与化学镀》PPT课件
W = Kit = KQ
W—形成产物的质量；I—电流；
t—通电时间；k—比例常数；Q—电 量
表示单位电量时在电极上可形成产物的 质量，通常称为该产物的电化当量。
如果所选用的电量单位不同，那么物质 的电化当量值也不一样。
法拉第定律是十分准确的，它不受温度、 压力、电解质浓度、电极和电解槽材料、 形状和溶剂性质的影响。
〔2〕导电盐
是指能提高溶液的导电率，对放电的 金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金 属的盐类。〔包括铵盐〕。
导电盐除了能提高溶液的导电率外， 还能略提高阴极极化，使镀层致密。
〔3〕络合剂
在电镀生产中，能络合主盐中金属离 子的物质为络合剂。
络合剂都能增大阴极极化，使镀层结 晶细致，同时能促进阳极溶解。
2 电镀镍
镍镀层相对于钢铁基体属于阴极性镀 层，防护性能与孔隙率关系密切。
目前使用最多的是瓦特镍溶液〔硫酸 盐—氯化物型〕。镀镍溶液配 Nhomakorabea及工艺条件
硫酸镍是镀镍溶液中镍离子的主要来 源。提高硫酸镍的含量，即提高了Ni2+的 浓度，就允许采用高的电流密度，从而提 高了电镀速度。
氯化镍的作用是既能帮助阳极溶解， 又能提高溶液的导电率，从而降低了到达 额定电流密度时所需的槽电压。
《电镀与化学镀》PPT课 件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
一、电镀
电镀就是将直流电通入一定成分的电 解质溶液中，在电极和溶液之间的界面上 发生电化学反响，从而实现在工件外表上 沉积的过程。
W—形成产物的质量；I—电流；
t—通电时间；k—比例常数；Q—电 量
表示单位电量时在电极上可形成产物的 质量，通常称为该产物的电化当量。
如果所选用的电量单位不同，那么物质 的电化当量值也不一样。
法拉第定律是十分准确的，它不受温度、 压力、电解质浓度、电极和电解槽材料、 形状和溶剂性质的影响。
〔2〕导电盐
是指能提高溶液的导电率，对放电的 金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金 属的盐类。〔包括铵盐〕。
导电盐除了能提高溶液的导电率外， 还能略提高阴极极化，使镀层致密。
〔3〕络合剂
在电镀生产中，能络合主盐中金属离 子的物质为络合剂。
络合剂都能增大阴极极化，使镀层结 晶细致，同时能促进阳极溶解。
2 电镀镍
镍镀层相对于钢铁基体属于阴极性镀 层，防护性能与孔隙率关系密切。
目前使用最多的是瓦特镍溶液〔硫酸 盐—氯化物型〕。镀镍溶液配 Nhomakorabea及工艺条件
硫酸镍是镀镍溶液中镍离子的主要来 源。提高硫酸镍的含量，即提高了Ni2+的 浓度，就允许采用高的电流密度，从而提 高了电镀速度。
氯化镍的作用是既能帮助阳极溶解， 又能提高溶液的导电率，从而降低了到达 额定电流密度时所需的槽电压。
《电镀与化学镀》PPT课 件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
一、电镀
电镀就是将直流电通入一定成分的电 解质溶液中，在电极和溶液之间的界面上 发生电化学反响，从而实现在工件外表上 沉积的过程。
电镀、电刷镀与化学镀
16
1、阴极反应与阳极反应
即阴极反应为： M ne M 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反 应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n 个电子而生成金属离子Mn+。 因此、阳极反应为： M ne M n 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这 类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反 应。
26
5．电镀液的覆盖能力
在电镀生产中，常用到的另一个概念是覆 盖能力，亦称深镀能力，它是指电镀液所 具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的 能力。 分散能力和覆盖能力不同， 前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度 的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层； 而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无 沉积层的问题。
m kIt
式中，I为电流；t为通电时间。 只要知道比例常数k，根据实测的电流强度I和时 间t，就可以用上式来计算电极上析出（或溶解） 物的质量。
法拉第第二定律：
镀同种材料、在不同的电解液中，通过相同 的电荷［量］时，在电极上析出（或溶解） 物的物质的量相等。 在不同的电解液中，电极上每析出或溶解1 电化当量的任何物质所需的电量都是1法拉 第（F）即96500库仑（C）的电量。 对参加电极反应的物质来说，它的电化当量 即是该物质的原子量与它在电极反应时得失 的电子数之比，并以“克/法拉第”为单位。
15
二、电镀反应
图6-1是电镀过程原理图，被镀 的零件为阴极，与直流电源的 负极相连，金属阳极与直流电 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
22
1、阴极反应与阳极反应
即阴极反应为： M ne M 另一方面，在阳极则发生与阴极完全相反的反 应，即阳极界面上发生金属离子的溶解，释放n 个电子而生成金属离子Mn+。 因此、阳极反应为： M ne M n 上述电极反应是电镀反应中最基本的反应。这 类由电子直接参加的化学反应，称为电化学反 应。
26
5．电镀液的覆盖能力
在电镀生产中，常用到的另一个概念是覆 盖能力，亦称深镀能力，它是指电镀液所 具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的 能力。 分散能力和覆盖能力不同， 前者是说明金属在阴极表面分布均匀程度 的问题，它的前提是在阴极表面都有镀层； 而后者是指金属在阴极表面的深凹处有无 沉积层的问题。
m kIt
式中，I为电流；t为通电时间。 只要知道比例常数k，根据实测的电流强度I和时 间t，就可以用上式来计算电极上析出（或溶解） 物的质量。
法拉第第二定律：
镀同种材料、在不同的电解液中，通过相同 的电荷［量］时，在电极上析出（或溶解） 物的物质的量相等。 在不同的电解液中，电极上每析出或溶解1 电化当量的任何物质所需的电量都是1法拉 第（F）即96500库仑（C）的电量。 对参加电极反应的物质来说，它的电化当量 即是该物质的原子量与它在电极反应时得失 的电子数之比，并以“克/法拉第”为单位。
15
二、电镀反应
图6-1是电镀过程原理图，被镀 的零件为阴极，与直流电源的 负极相连，金属阳极与直流电 源的正极联接。阳极与阴极均 浸入镀液中。 当在阴阳两极间施加一定电压 时，则在阴极发生还原反应： 即从镀液内部扩散到电极和镀 液界面上的金属离子Mn+从阴极 上获得n个电子，被还原成金属 M。
22
化学镀与电镀技术讲解
沉铜覆盖能力（%）图1：沉铜的覆盖能力及气孔发生率活化处理时间（分）图2：处理条件及金属钯的吸附量⊙清净处理：基板的表面脱脂与孔内壁表面调整同时进行，使铜的表面氧化物、油污除去，促进表面对金属钯的吸附量（见图3）。
增加孔内壁润湿性的处理溶液采用碱性表面活性剂。
⊙酸洗：经过彻底清洗干净后，再进行中和处理保持界面活性状态。
通常酸洗采用硫酸、盐酸。
⊙表面腐蚀处理：主要目的是除去铜焊盘与内层铜表面上的氧化物，确保沉积铜层的密着性和均匀性，增加其可靠性。
采用腐蚀剂有过硫酸铵、过硫酸钠、硫酸-双氧水系。
⊙硫酸：经腐蚀后，表面存有残留的硫酸盐被处理掉，获得洁净的铜表面。
一般采用5%(体积比)的硫酸。
⊙预处理：活化处理前，先在低浓度的预浸催化液中进行处理，以防止对活化液的污染。
曾采用过以盐酸系列工艺方法进行处理，但由于对内层铜表面影响而产生晕圈现象。
现采用盐基系处理溶液进行处理。
⊙活化处理：沉积速度(μm) 0.35-0.5 0.35-0.5 1.5-2.5 2.0-2.5 1.0-3.0时间 (分钟) 20-30 20-30 30 30 60三、电镀多层印制电路板制造工艺规程中，采用的电镀液的种类很多，其中有：□焦磷酸盐镀铜电解液：⊙全板镀铜工艺方法；⊙图形电镀工艺方法。
□硫酸镀铜电解液：⊙全板镀铜工艺；⊙图形镀铜工艺。
□锡焊料电镀液：⊙图形电镀工艺方法□镀镍电解液：⊙插头镀镍；□镀金电解液：⊙插头镀金。
（1）镀铜电解液：在多层印制电路板制造过程对电镀铜层的物理性要求是很高的。
特别对小孔径和高孔径与板厚比，要求铜层厚度均匀性、铜层的物理性能要优越，以确保在热冲击时不发生质量缺陷。
基板表面与孔内壁经过预处理后，要特别注意的清洁处理时，小孔径（高纵横尺寸比）与孔壁内部状态，确保通孔内被溶液浸润性（孔内气泡全部除去）和催化处理后内孔壁吸附金属钯量，并依次进行处理，特别要保持清洁调节器内的表面活性剂的含量，这是解决铜层致密性不良的十分重要的对策。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第六章 电镀、电刷镀和化学镀
电镀的定义及分类 电镀的基本原理及工艺
单金属电镀
合金电镀
电刷镀
化学镀
1
6.1 电镀的定义及分类
电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属 覆层工艺。 电镀定义：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体 金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在 基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。例 如 Zn2+ + 2e Zn (金属离子还原反应） Ni 2+ + 2e Ni
18
(3) 电结晶
它是吸附原子在阴极表面按一定规律列成新晶体的过程。 金属离子放电后形成的吸附原子在金属表面移动，寻找一个 能量较低的位置，在脱去水化膜的同时，进入晶格。 如果“定位排座”的速度慢了，后面的就得按先来后到原 则等待“排座位”，从而放慢金属离子的还原速度加大阴极 极化。
19
6.2.3 电镀液的基本组成
④添加剂的作用:添加剂在镀液中的作用有两种主要方式：形成胶 体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用； 吸附在阴极表面上，阻碍金属离子在阴极表面上放电，或阻碍放 电离子的扩散，影响沉积结晶过程，并提高阴极极化作用。
2) 电镀参数影响
①电流密度的影响: 每种镀液有它最佳的电流密度范围。提高 电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层致密，镀速升 高。但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦；电流密度过 低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀层。 ②电流波形的影响:电流波形对镀层质量的影响，在某些镀液 中非常明显，例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬 层是灰黑色的。而三相全波整流的波形与稳压直流相似， 它们的电镀效果和质量没有明显区别。
阳极活化剂：在电镀过程中金属离子被不断消耗，多数镀液 依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量 相等，保持镀液成分平衡。加人活性剂能维持阳极活性状态， 不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加人 Cl-，以防止镍阳极钝化。
镀液稳定剂：许多金属盐容易发生水解，而许多金属的氢氧 化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的金 属离子大量减少，电镀过程电流无法增大，镀层容易烧焦。 特殊添加剂：为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加人某 种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果 显著。
钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧化物膜， 使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。浸 膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提 高镀层的防护性和装饰性
24
6.2.5 影响电镀层质量的基本因素 1) 镀液的影响
①配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密， 镀液的分散能力也较好，整平能力较高。 ②主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核 速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单 盐镀液中更为明显。稀溶液的分散能力比浓溶液好。 ③附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能 力，有利于获得细晶的镀层。
③周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适当控 制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、 光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处较厚的 镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。 ④温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶 粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高， 改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同 的镀液有其最佳温度范围。 ⑤搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极 化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可抵 消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整 平剂的效果。
所以电流流向在电源外部是从正到负，在电源内部是从负
到正，电源内部的电荷移动即电流不是电压造成的。
9
（1）电极反应机理
1）平衡电极电位
在没有外电流通过的情况下，当金属电极与溶液接触 时，由于其具有自发腐蚀的倾向，金属就会变成粒子进入 溶液，留下相应的电子在金属表面上，结果使金属表面带 负电，而与金属表面接触的溶液带正电。这样就在金属/溶 液两相界面间自发地形成双电层，使金属与溶液之间产生 了电位差，叫做电极电位。 当体系达到动态平衡时，此时的电极电位称为平衡电 极电位，简称平衡电位。
17
(2)电化学反应 水化金属离子或络离子通过双电层到达阴极界面后，不 能直接放电生成金属原子，而必须经过在电极表面的转化过 程。水化程度较大的简单金属离子转化为水化程度较小的简 单离子，配位数较高的络合离子转化为配位数较低的络合金 属离子，然后，才能进行得电子的电化学反应。例如，在碱 性氰化物镀锌时， Zn(OH)42-=Zn(OH)2+2OH- （配位数减少） Zn(OH)2+2e=Zn+2OH(脱去配位体)
1）镀液构成
主盐+络合剂+导电盐+缓冲剂+阳极活化剂+镀液稳定剂 +特殊添加剂
主盐：沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等； 有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。 络合剂：配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。
11
2）电极极化与过电位
当有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象。
阴极的电极电位向降低的方向偏移，叫做阴极极化； 阳极的电极电位向升高的方向偏移，叫做阳极极化。
把某一定电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称 为过电位η
E析 E平
阴极极化时，η< 0；阳极极化时， η > 0
12
电化学极化:是由于电极上的电化学反应速度小于电子运动 速度造成的。
镀层按与基体金属之间的电化学性质分类
阳极性镀层和阴极性镀层
凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称 阳极性镀层，如钢上的镀锌层。 镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称阴 极镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。
镀层按组合形式分类
单层镀层，如Zn或Cu层；
多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，Cu／Ni／Cr镀层等；
防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐 大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。 防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，亦 有防护性。
装饰性镀层：例如Au及Cu—Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层 等。
功能性镀层:例如硬铬，松孔镀，Ni—SiC，Ni-石墨，NiPTFE复合镀层等耐磨减摩镀层。电性能镀层:例如Au，Ag 镀层等，既有高的导电率，又可防的外观，提高材料的各种物理化学 性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊 接性及电、磁、光学性能等。 镀层一般为几微米到几十微米厚。 电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛， 成本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重 要方法。
4
镀层按使用性能分类
导电盐：其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压 提高工艺电流密度.例如镀镍液中加人Na2SO4。导电盐不 参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。 缓冲剂：在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺参 量。加人缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以便 在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有较 好的效果，一般加人30～40g／L，例如氯化钾镀锌溶液 中的硼酸。
阴极上还原反应的速度小于外电源供给电子的速度，从 而使电极电位向负方向移动而引起的极化作用，称为阴极 极化。 阳极极化：金属离子进入溶液的速度小于电子由阳极进 入外导线的速度，阳极上有过多的正电荷的积累，因此引 起电极双电层上负电荷的减少，于是阳极电位就向正方向 移动，产生阳极极化。
13
浓差极化：由于溶液中离子扩散的速度小于电子运动速度 造成的。 电解过程当中，浓差极化是由于电极附近溶液的浓度与 本体溶液（离电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生差别 产生的。例如，在阴极附近的金属离子沉积到电极上去， 使该处的金属离子浓度不断降低，而溶液本体中金属离子 扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度从而使电极 附近金属离子的浓度比本体溶液中金属离子的浓度要低， 这样就形成了浓度梯度，由此引起电位的移动。电流增大， 引起的浓差极化越大。浓差极化也是使阴极电极电位变得 更负，阳极电位变得更正。
10
当溶液温度为25℃、金属离子的浓度为1mol/L时（即活度 为1），测得的平衡电位叫标准电极电位。任意活度下的平 衡电极电位可以表示为
E平
RT E ln ZF
平衡电极电位的高低反应了金属的氧化还原能力，电极的 平衡电位越负，电极上越容易发生氧化反应，电极的平衡 电位的正值越大，电极上越容易发生还原反应。
复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。
若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层
及复合镀层。
6.2 电镀的基本原理及工艺
6.2.1 电镀的基本原理
阴极反应： Men++ ne = Me 2H+ + 2e = H2
阳极反应： Me- ne = Me n+。 OH- - 4e = 2H2O+O2
14
5.1.1金属的电沉积过程 6.2.2 电镀过程及反应
阴极上的电镀过程包括三个步骤： （1）液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴 极表面; （2）电化学反应：金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子 在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子; （3）电结晶： 还原的原子进入晶格结点。
＋
Me n+
－
SO4 2Cl -
OH 8
电镀是以电化学过程为依据，所以电镀要有三个必要条件：
电镀的定义及分类 电镀的基本原理及工艺
单金属电镀
合金电镀
电刷镀
化学镀
1
6.1 电镀的定义及分类
电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属 覆层工艺。 电镀定义：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体 金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在 基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。例 如 Zn2+ + 2e Zn (金属离子还原反应） Ni 2+ + 2e Ni
18
(3) 电结晶
它是吸附原子在阴极表面按一定规律列成新晶体的过程。 金属离子放电后形成的吸附原子在金属表面移动，寻找一个 能量较低的位置，在脱去水化膜的同时，进入晶格。 如果“定位排座”的速度慢了，后面的就得按先来后到原 则等待“排座位”，从而放慢金属离子的还原速度加大阴极 极化。
19
6.2.3 电镀液的基本组成
④添加剂的作用:添加剂在镀液中的作用有两种主要方式：形成胶 体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用； 吸附在阴极表面上，阻碍金属离子在阴极表面上放电，或阻碍放 电离子的扩散，影响沉积结晶过程，并提高阴极极化作用。
2) 电镀参数影响
①电流密度的影响: 每种镀液有它最佳的电流密度范围。提高 电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层致密，镀速升 高。但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦；电流密度过 低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀层。 ②电流波形的影响:电流波形对镀层质量的影响，在某些镀液 中非常明显，例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬 层是灰黑色的。而三相全波整流的波形与稳压直流相似， 它们的电镀效果和质量没有明显区别。
阳极活化剂：在电镀过程中金属离子被不断消耗，多数镀液 依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量 相等，保持镀液成分平衡。加人活性剂能维持阳极活性状态， 不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加人 Cl-，以防止镍阳极钝化。
镀液稳定剂：许多金属盐容易发生水解，而许多金属的氢氧 化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的金 属离子大量减少，电镀过程电流无法增大，镀层容易烧焦。 特殊添加剂：为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加人某 种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果 显著。
钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧化物膜， 使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的防护性和装饰性。浸 膜是在镀后的零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提 高镀层的防护性和装饰性
24
6.2.5 影响电镀层质量的基本因素 1) 镀液的影响
①配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密， 镀液的分散能力也较好，整平能力较高。 ②主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核 速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单 盐镀液中更为明显。稀溶液的分散能力比浓溶液好。 ③附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能 力，有利于获得细晶的镀层。
③周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适当控 制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、 光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处较厚的 镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。 ④温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶 粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高， 改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同 的镀液有其最佳温度范围。 ⑤搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极 化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可抵 消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整 平剂的效果。
所以电流流向在电源外部是从正到负，在电源内部是从负
到正，电源内部的电荷移动即电流不是电压造成的。
9
（1）电极反应机理
1）平衡电极电位
在没有外电流通过的情况下，当金属电极与溶液接触 时，由于其具有自发腐蚀的倾向，金属就会变成粒子进入 溶液，留下相应的电子在金属表面上，结果使金属表面带 负电，而与金属表面接触的溶液带正电。这样就在金属/溶 液两相界面间自发地形成双电层，使金属与溶液之间产生 了电位差，叫做电极电位。 当体系达到动态平衡时，此时的电极电位称为平衡电 极电位，简称平衡电位。
17
(2)电化学反应 水化金属离子或络离子通过双电层到达阴极界面后，不 能直接放电生成金属原子，而必须经过在电极表面的转化过 程。水化程度较大的简单金属离子转化为水化程度较小的简 单离子，配位数较高的络合离子转化为配位数较低的络合金 属离子，然后，才能进行得电子的电化学反应。例如，在碱 性氰化物镀锌时， Zn(OH)42-=Zn(OH)2+2OH- （配位数减少） Zn(OH)2+2e=Zn+2OH(脱去配位体)
1）镀液构成
主盐+络合剂+导电盐+缓冲剂+阳极活化剂+镀液稳定剂 +特殊添加剂
主盐：沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等； 有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。 络合剂：配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。
11
2）电极极化与过电位
当有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象。
阴极的电极电位向降低的方向偏移，叫做阴极极化； 阳极的电极电位向升高的方向偏移，叫做阳极极化。
把某一定电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称 为过电位η
E析 E平
阴极极化时，η< 0；阳极极化时， η > 0
12
电化学极化:是由于电极上的电化学反应速度小于电子运动 速度造成的。
镀层按与基体金属之间的电化学性质分类
阳极性镀层和阴极性镀层
凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称 阳极性镀层，如钢上的镀锌层。 镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称阴 极镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。
镀层按组合形式分类
单层镀层，如Zn或Cu层；
多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，Cu／Ni／Cr镀层等；
防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐 大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。 防护-装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，亦 有防护性。
装饰性镀层：例如Au及Cu—Zn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层 等。
功能性镀层:例如硬铬，松孔镀，Ni—SiC，Ni-石墨，NiPTFE复合镀层等耐磨减摩镀层。电性能镀层:例如Au，Ag 镀层等，既有高的导电率，又可防的外观，提高材料的各种物理化学 性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊 接性及电、磁、光学性能等。 镀层一般为几微米到几十微米厚。 电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛， 成本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重 要方法。
4
镀层按使用性能分类
导电盐：其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压 提高工艺电流密度.例如镀镍液中加人Na2SO4。导电盐不 参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。 缓冲剂：在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺参 量。加人缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以便 在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有较 好的效果，一般加人30～40g／L，例如氯化钾镀锌溶液 中的硼酸。
阴极上还原反应的速度小于外电源供给电子的速度，从 而使电极电位向负方向移动而引起的极化作用，称为阴极 极化。 阳极极化：金属离子进入溶液的速度小于电子由阳极进 入外导线的速度，阳极上有过多的正电荷的积累，因此引 起电极双电层上负电荷的减少，于是阳极电位就向正方向 移动，产生阳极极化。
13
浓差极化：由于溶液中离子扩散的速度小于电子运动速度 造成的。 电解过程当中，浓差极化是由于电极附近溶液的浓度与 本体溶液（离电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生差别 产生的。例如，在阴极附近的金属离子沉积到电极上去， 使该处的金属离子浓度不断降低，而溶液本体中金属离子 扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度从而使电极 附近金属离子的浓度比本体溶液中金属离子的浓度要低， 这样就形成了浓度梯度，由此引起电位的移动。电流增大， 引起的浓差极化越大。浓差极化也是使阴极电极电位变得 更负，阳极电位变得更正。
10
当溶液温度为25℃、金属离子的浓度为1mol/L时（即活度 为1），测得的平衡电位叫标准电极电位。任意活度下的平 衡电极电位可以表示为
E平
RT E ln ZF
平衡电极电位的高低反应了金属的氧化还原能力，电极的 平衡电位越负，电极上越容易发生氧化反应，电极的平衡 电位的正值越大，电极上越容易发生还原反应。
复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。
若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层
及复合镀层。
6.2 电镀的基本原理及工艺
6.2.1 电镀的基本原理
阴极反应： Men++ ne = Me 2H+ + 2e = H2
阳极反应： Me- ne = Me n+。 OH- - 4e = 2H2O+O2
14
5.1.1金属的电沉积过程 6.2.2 电镀过程及反应
阴极上的电镀过程包括三个步骤： （1）液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴 极表面; （2）电化学反应：金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子 在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子; （3）电结晶： 还原的原子进入晶格结点。
＋
Me n+
－
SO4 2Cl -
OH 8
电镀是以电化学过程为依据，所以电镀要有三个必要条件：