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现代表面技术第2章 电镀
理论电化学（郭鹤同） 理论电化学（郭鹤同）
电镀工艺与理论（黄子勋） 电镀工艺与理论（黄子勋） 电化学方法原理和应用 阿伦. 巴德等） （美 阿伦.J.巴德等）
•8•
目的
1,增进美观(如光亮、色泽) 1,增进美观(如光亮、色泽) 增进美观 2,提升抗环境能力 如抗蚀、耐热、耐磨等), 提升抗环境能力( ),例如钢铁制品和零件表 2,提升抗环境能力(如抗蚀、耐热、耐磨等),例如钢铁制品和零件表 面电镀锌;电镀硬铬可以提高耐磨性能; 面电镀锌;电镀硬铬可以提高耐磨性能;电镀锡可以提高其耐硫酸腐蚀 性能 3,修复金属零件尺寸 例如轴,齿轮,花键等重要零件使用后磨损, 修复金属零件尺寸, 3,修复金属零件尺寸,例如轴,齿轮,花键等重要零件使用后磨损,可采 用电镀铁,铬等恢复其尺寸. 用电镀铁,铬等恢复其尺寸. 4,赋予某些特殊的功能 如导电、润滑、强度、弹性等),例如, 赋予某些特殊的功能( ),例如 4,赋予某些特殊的功能(如导电、润滑、强度、弹性等),例如,电镀铜 银可以提高导电性; 银可以提高导电性; 配合后加工制程（如焊接、折弯） 5. 配合后加工制程（如焊接、折弯）
（1）液相传质步骤 溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子） 溶液中的金属离子（如水化金属离子或络和离子）通过电迁 对流， 移，对流，扩散等形式到达阴极表面附近 （2）电化学反应步骤 到达电极附近的离子需要转化成较简单的粒子再以此形式从 阴极得到电子， 阴极得到电子，生成金属原子
（3）电结晶步骤 金属原子沿表面扩散到达结晶生长点， 金属原子沿表面扩散到达结晶生长点，以金属原子态排列在 晶格内， 晶格内，形成镀层
College of Materials Science and Engineering, BJUT
6-现代表面技术--电镀1
定过电位。
某金属在阴极析出的充分条件： 溶液中其他粒子不会优于该金属在阴极上首先析出。
例如：金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则氢在 电极上优先大量析出，金属就很难沉积出来。
金属还原的可能性
从周期表中的位置，判断金属离子从水溶液中还原的可能性： 金属元素在周期表中的位置愈靠左边，化学活泼性越强，还原 的可能性越小。 金属元素在周期表中的位置愈靠右边，化学活泼性越弱，还原 的可能性越大。
6.1 电镀
利用电解原理在工件表面上镀上一薄层其它金属或合金的 过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着 一层金属膜的工艺，从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导 电性、反光性及增进美观等作用。
6.1.1电镀的现状和发展趋势：
电镀隶属于表面处理技术领域，在金属精饰中按吨位计占加工 的首位。电镀的发展分三个时期：第一个时期是为了改善光泽 或耐蚀性。第二个时期是因为劳力不足而迈向省力化、自动化。 第三个时期为减轻公害时期，以拓展自身的生存空间
4）易获得高熔点金属与低熔点金属形成的合金，如Zn-Ni合金等
5）电镀法得到的合金比一般热熔法得到的合金硬度高、耐磨性好，如Ni-Co 合金和Ni-P合金等。
6.3.2合金电镀的原理
（1）单金属的沉积电位 对于单金属来说，其沉积电位等于它的平衡电位和过电位之和
析 平
析 ----沉积电位（或析出电位）（V）
⑨修复用镀层:易磨损件，采用电 镀修复尺寸。
按镀层与基体金属之间的电化学性质分类: 阳极性镀层: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。 阴极性镀层: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。
某金属在阴极析出的充分条件： 溶液中其他粒子不会优于该金属在阴极上首先析出。
例如：金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则氢在 电极上优先大量析出，金属就很难沉积出来。
金属还原的可能性
从周期表中的位置，判断金属离子从水溶液中还原的可能性： 金属元素在周期表中的位置愈靠左边，化学活泼性越强，还原 的可能性越小。 金属元素在周期表中的位置愈靠右边，化学活泼性越弱，还原 的可能性越大。
6.1 电镀
利用电解原理在工件表面上镀上一薄层其它金属或合金的 过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着 一层金属膜的工艺，从而起到防止腐蚀，提高耐磨性、导 电性、反光性及增进美观等作用。
6.1.1电镀的现状和发展趋势：
电镀隶属于表面处理技术领域，在金属精饰中按吨位计占加工 的首位。电镀的发展分三个时期：第一个时期是为了改善光泽 或耐蚀性。第二个时期是因为劳力不足而迈向省力化、自动化。 第三个时期为减轻公害时期，以拓展自身的生存空间
4）易获得高熔点金属与低熔点金属形成的合金，如Zn-Ni合金等
5）电镀法得到的合金比一般热熔法得到的合金硬度高、耐磨性好，如Ni-Co 合金和Ni-P合金等。
6.3.2合金电镀的原理
（1）单金属的沉积电位 对于单金属来说，其沉积电位等于它的平衡电位和过电位之和
析 平
析 ----沉积电位（或析出电位）（V）
⑨修复用镀层:易磨损件，采用电 镀修复尺寸。
按镀层与基体金属之间的电化学性质分类: 阳极性镀层: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。 阴极性镀层: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。
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现代表面工程技术-电镀和 化学镀
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一， 也是成 功的利 器之一 。没有 它，天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ，徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿．丘吉 尔。 30、我奋斗，所以我快乐。--格林斯 潘。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
7电镀和化学镀
镀层具备良好性能的基本条件：
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。
7.1 电镀的基本原理与工艺
一、电镀的基本原理
电镀反应是一种典型的电解反应。 电镀：电化学+金属学
金属离子阴极还原时，其沉积电位等于它的平 衡电位与过电位之和。
在电镀中，过电位主要由电化学极化和浓差极 化产生的。
缺点：
可镀制的金属(合金体系)有限； 镀液昂贵，稳定性差，镀制成本高。
化学镀技术在化工、电子、石油等工业中有着极为重要的地位。
还原剂是化学镀溶液中的主要成分之一。
还原剂对镀层的性能有着显著的影响。
化学镀溶液常用的还原剂： 次磷酸盐、甲醛、肼、硼氢化物、胺基硼烷及其衍生物等。
二、化学镀镍
活化：
将敏化处理后的制品浸入含有氧化剂的溶液中，使其表面形成胶体状微粒沉积层 的过程。
还原处理：
用一定浓度的化学镀时所用的还原剂溶液将制品表面残留的催渗剂还原干净，以 免影响后面的化学镀溶液的过程。
预处理完后的非金属制品就可以进行化学镀，在形成一定厚度的 金属镀层以后，再进行电镀，使获得的镀层加厚，即可完成非金属 的电镀。
合金电镀在结晶致密性、镀层孔隙率、外观色泽、硬度、耐蚀性、 耐磨性、导磁性、减磨性和抗高温性等方面远远优于单金属电镀。 一般说来，合金镀层最少合金组分的质量分数应在1％以上。
一、合金电镀的基本原理
实现合金电镀的必要条件： 1、两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来； 2、两种金属共沉积时，它们的析出电位要十分接近或相等：
镀层纯度高达99.5％。
现代表面工程技术
现代表面工程技术什么是表面工程？表面工程是将材料的表面与基体一起作为一个系统进行设计，利用各类表面技术，使材料的表面获得材料本身没有而又希望具有的性能的系统工程。
第一章表面技术概论表面技术是直接与各类表面现象或者过程有关的，能为人类造福或者被人们利用的技术----宽广的技术领域。
一、使用表面技术的目的1、提高材料抵御环境作用能力。
2、给予材料表面功能特性。
3、实施特定的表面加工来制造构件、零部件与元器件。
途径：表面涂覆：各类涂层技术（电镀、化学镀、热渗镀、热喷涂、堆焊、化学转化膜、涂装、气相沉积、包箔、贴片）。
表面改性：喷丸强化、表面热处理、化学热处理、激光表面处理、电子束表面处理。
二、表面技术的分类1、按作用原理(1)原子沉积电镀、化学镀、物理、化学气相沉积(2)颗粒沉积热喷涂、搪瓷涂敷(3)整体覆盖包箔、贴片(4)表面改性2、按使用方法(1)电化学法电镀、电化学氧化（阳极氧化）(2)化学法化学转化膜、化学镀(3)真空法物理、化学气相沉积、离子注入(4)热加工法热浸镀、热喷涂、化学热处理、堆焊(5)其它方法涂装、机械镀、激光表面处理三、表面技术的应用1、广泛性与重要性(1)广泛性➢内容广➢基材广➢种类多遍及各行业，用于构件、零部件、元器件，效益巨大(2)重要性•改善耐腐蚀、磨损、氧化、疲劳断裂、辐照损伤•提高产品长期运行可靠性、稳固性•满足特殊要求（必不可少或者唯一途径）•生产各类新材料、新器件（在制备临界温度超导膜、金刚石膜、纳米多层膜、纳米粉末、纳米晶体材料、多孔硅中起关键作用；又是许多光学、微电子、磁性、化学、生物等功能器件研究与生产的基础）2、在结构材料及构件与零部件上的应用表面技术作用：防护、耐磨、强化、修复、装饰3、在功能材料与元器件上的应用制造装备中具特殊功能的核心部件。
表面技术可制备或者改进一系列功能材料及元器件物理特性：•光学反射镜材料，防眩零件•热学散热材料，耐热涂层，吸热材料•电学表面导电玻璃，绝缘涂层•磁学磁记录介质，电磁屏蔽材料，磁泡材料化学特性：分离膜材料4、在人类习惯、保护与优化环境方面的应用(1)净化大气原料、燃料→CO2、NO2、SO2措施：回收、分解方法：制备触媒载体（钯炭、铂炭、钌炭、铑炭）(2)净化水质制备膜材料，处理污水、化学提纯、水质软化、海水淡化(3)抗菌灭菌TiO2（粉状、粒状、薄膜状）可将污染物分解•当光照射半导体化合物时，并非任何波长的光都能被汲取与产生激发作用，只有能量E满足式(1)的光量子才能发挥作用。
电镀和化学镀-资料
• 国内电镀工业发展分成三个阶段： 解放前（1949年以前）：空白 解放后至改革开放（1949-1978）：开始拥有自 己的电镀厂 改革开放后：电镀水平得到大幅度的发展，但与 发达国家相比还有很大差距。
2020/4/5
我国电镀工业的发展趋势主要有以下几个方面： • 装饰性（仿金）和高耐蚀性将不断发展。 • 一些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积
3、修复金属零件尺寸。例如轴、齿轮等重要机械 零件使用后磨损，可采用镀铁、镀铬等修正其尺寸。
4、电镀还可赋予某种制品或零件某种特殊的功能。 例如镀硬铬可提高其耐磨性能等。
2020/4/5
第一章 绪论பைடு நூலகம்
2、镀层应具备的基本条件 ： 1）具有良好的结合力； 2）镀层均匀、光滑、完整和致密,且具有一定的光亮度； 3）具有较低的孔隙率和较好的抗蚀性；
2020/4/5
第一章 绪论
三、按镀层组合分类
• 简单镀层，单金属镀层就可满足性能要求； • 组合镀层，单金属的不同组合；或镀层中夹
带不溶性的微粒-复合镀层，Ni-P，Ni-SiC。
2020/4/5
1.3 电镀工业的发展状况及展望
• 国外1800年就公布了镀银的文献，到目前为止电 镀工业逐步成为完整的工业体系。
五 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc RuRhPd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
六
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
汞齐
区域1
合金
可电沉积 区域2
氰化物中可以电沉积 区域3
非金属
2020/4/5
2 金属的电沉积
2020/4/5
2020/4/5
我国电镀工业的发展趋势主要有以下几个方面： • 装饰性（仿金）和高耐蚀性将不断发展。 • 一些传统装饰性电镀可能被喷涂、物理气相沉积
3、修复金属零件尺寸。例如轴、齿轮等重要机械 零件使用后磨损，可采用镀铁、镀铬等修正其尺寸。
4、电镀还可赋予某种制品或零件某种特殊的功能。 例如镀硬铬可提高其耐磨性能等。
2020/4/5
第一章 绪论பைடு நூலகம்
2、镀层应具备的基本条件 ： 1）具有良好的结合力； 2）镀层均匀、光滑、完整和致密,且具有一定的光亮度； 3）具有较低的孔隙率和较好的抗蚀性；
2020/4/5
第一章 绪论
三、按镀层组合分类
• 简单镀层，单金属镀层就可满足性能要求； • 组合镀层，单金属的不同组合；或镀层中夹
带不溶性的微粒-复合镀层，Ni-P，Ni-SiC。
2020/4/5
1.3 电镀工业的发展状况及展望
• 国外1800年就公布了镀银的文献，到目前为止电 镀工业逐步成为完整的工业体系。
五 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc RuRhPd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
六
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
汞齐
区域1
合金
可电沉积 区域2
氰化物中可以电沉积 区域3
非金属
2020/4/5
2 金属的电沉积
2020/4/5
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。
表面技术(第3讲 电镀与化学镀)
南京航空航天大学
第三讲
电镀与化学镀
表面技术
•用途：一种是防护装饰性镀铬，如镍镀层 或铜件上镀装饰铬层；另一种为功能性镀 铬，用作机械零件的尺寸修复和提高零件 表面硬度及耐磨性等；此外还有黑色镀 铬，严格地说这也是一种装饰性镀层。 •镀铬溶液以化合价可分为六价铬和三价铬 镀液两大类。目前国内外绝大多数采用的 是六价铬镀液。
南京航空航天大学
第三讲
电镀与化学镀
表面技术
•阴极反应: CrO42- + 8H+ + 6e = Cr + 4H2O Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr+3 + 7H2O 2H+ + 2e → H2↑ •阳极反应 2H2O－4e → O2↑+ 4 H+ 2Cr+3 －6e + 7H2O → Cr2O72- + 14H+
南京航空航天大学
第三讲
电镀与化学镀
表面技术
(二) 电镀工艺
电镀工艺：镀前预处理 → 电镀 → 镀后处理
南京航空航天大学第三讲ຫໍສະໝຸດ 电镀与化学镀表面技术
1. 镀前预处理
•目的：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。 •内容：脱脂、去锈、除尘等。 •步骤：1) 通过研磨、抛光等使表面粗糙度达到 一定要求； 2) 采用溶剂溶解以及化学、电化学等方法来去 油脱脂； 3) 采用机械、酸洗以及电化学方法除锈； 4) 在弱酸中侵蚀一定时间进行镀前活化处理。
南京航空航天大学
第三讲
电镀与化学镀
表面技术
•镀锌种类很多，大致分：氰化镀锌、碱 性锌酸盐镀锌、氯化物镀锌、硫酸盐镀 锌和焦磷酸镀锌等。 •氰化镀锌工艺稳定，镀层结晶细致，但 氰化纳是一种剧毒的物质，产生的废 水、废气会污染环境。
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2面工程技术-电镀和化学镀
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
11、获得的成功越大，就越令人高兴 。野心 是使人 勤奋的 原因， 节制使 人枯萎 。 12、不问收获，只问耕耘。如同种树 ，先有 根茎， 再有枝 叶，尔 后花实 ，好好 劳动， 不要想 太多， 那样只 会使人 胆孝懒 惰，因 为不实 践，甚 至不接 触社会 ，难道 你是野 人。(名 言网) 13、不怕，不悔(虽然只有四个字，但 常看常 新。 14、我在心里默默地为每一个人祝福 。我爱 自己， 我用清 洁与节 制来珍 惜我的 身体， 我用智 慧和知 识充实 我的头 脑。 15、这世上的一切都借希望而完成。 农夫不 会播下 一粒玉 米，如 果他不 曾希望 它长成 种籽； 单身汉 不会娶 妻，如 果他不 曾希望 有小孩 ；商人 或手艺 人不会 工作， 如果他 不曾希 望因此 而有收 益。-- 马钉路 德。
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚