现代电化学表面处理专论重点
第2章电化学表面处理与加工
第二章电化学表面处理与加工2.1 概述一、概述金属表面处理技术涉及物理、化学、金属工程学、机械工程学等各个学科。
早期表面处理是指使金属制品表面美观耐腐蚀而进行的抛光、电镀、着色、涂漆等。
现在金属表面处理不仅使制品美观耐用，还能改善金属表面的各种机械性能，赋予表面某些特殊功能，而且利用表面处理技术对金属进行加工。
为达到这些目的，采用冶金、物理、化学及电化学多种方法。
过去难以电镀的铝、钛、粉末制品现在也能电镀，被处理的材料也从金属扩展到非金属，例如塑料、玻璃和陶瓷。
对于金属和无机覆盖层，传统的工艺包括电镀、阳极氧化、化学转化膜。
热喷涂、溅射、离子注人、物理或化学气相沉积、激光增强电沉积、自动催化沉积等技术也日益显出它们的重要性。
对于有机覆盖层，传统的方法如刷镀、手工喷涂、已显得陈旧，面临着自动涂装、电泳沉积、粉末涂层等技术的挑战。
电镀是金属表面处理的重要组成部分。
它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处理方法，具有如下的主要作用。
(1)提高外观质量：使产品美观，并能长期保持这种美观是电镀的重要目的之一。
为使基体表面平整光亮和提高耐蚀性，常镀上铜镀层或镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、锗等贵金属进行最后装饰性电镀。
(2)提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。
在电镀件中用得最广泛的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镐，保持美观并延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。
根据上述两点，通常把镀层分为防护性镀层和防护-装饰性镀层。
(3)功能作用：电镀在机械、电、磁、光、热、化学等方面有着不少特殊的功能，因而出现了各种功能镀层，例如硬铬镀层（耐磨镀层）、锡铅镀层（减磨镀层）、高锡青铜镀层（反光镀层）、镍钻镀层（导磁镀层）、防渗碳铜镀层（热加工镀层）、转子发动机内腔的铬镀层（抗高温氧化层）、修复机床主轴的镀铁层（修复镀层）。
目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有机溶剂镀液。
考点9 电化学
考点9 电化学一、选择题1.(2024·湖北选择考·2)2024年5月8日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。
舰体表面需要采取有效的防锈措施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是( ) A.发蓝处理 B.阳极氧化C.表面渗镀D.喷涂油漆【解析】选D。
A项发蓝处理是指钢铁等黑色金属通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中,从而在金属表面形成一层极薄的氧化膜,这层氧化膜能有效防锈,故A不符合题意;B项阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接,在金属表面形成一层氧化膜的过程,故B不符合题意;C项表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法,故C不符合题意;D项喷涂油漆是将油漆喷涂在待保护的金属表面,并没有在表面形成钝化膜,故D符合题意。
2.(2024·湖北选择考·14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。
已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。
Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H·。
下列说法错误的是( )A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-CHOCOOH+H2O【解析】选B。
在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-:HCHO+OH-HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-HCOO-+H∙,H∙结合成H2,因此Cu电极为阳极,总反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,C项正确;根据电极反应式可知电解过程中阳极消耗OH-,同时生成H2O,故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小,A项正确;PbCu电极为阴极,根据工作原理图示,首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH:H2C2O4+2e-+2H+OHC—COOH+H2O,OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH N—OH:OHC—COOH+HO—N+H3HOOC—CH N—OH+H2O+H+,HOOC—CH N—OH在Cu上发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH:HOOC—CH N—OH+4e-+5H+H3N+CH2COOH+H2O,D项正确;阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+H3N+CH2COOH+3H2O,理论上生成 1 mol H3N+CH2COOH消耗6 mol H+,而H2O解离为H2O H++OH-,故双极膜中有6 mol H2O 解离,B项错误。
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
材料表面处理的理论与技术
材料表面处理的理论与技术随着现代工业的发展，对材料性能的要求越来越高，表面处理技术变得越来越重要。
材料表面特性的改变会直接影响材料力学性能、导电性能、耐环境腐蚀性能等多个方面。
因此，表面处理是一种非常重要的材料加工技术。
1、表面处理的意义随着人们需求的提高，材料的性能也变得越来越重要。
表面处理可以改善材料的性能，提高材料的使用寿命和可靠性。
一般而言，表面处理的作用主要包括以下方面：1）防腐蚀，提高材料的耐蚀性。
2）提高材料的硬度和抗划伤性能。
3）改善材料的导电性，适用于电子元器件等领域。
4）提高表面光洁度，对于光学器件等有很大的使用价值。
5）提高材料的润滑性，降低摩擦磨损。
2、表面处理的工艺目前，表面处理技术非常丰富，包括化学表面处理、物理表面处理、生物表面处理等多种不同工艺。
其中，常用的表面处理工艺有以下几种：1）电化学处理电化学处理是利用电化学反应来进行材料表面处理的工艺。
常见的电化学处理方法包括阳极氧化处理、电镀、金属化学腐蚀等。
通过电化学处理，可以改善材料的耐蚀性、磨损性等性能。
2）喷涂喷涂是通过将液体、固体或气态材料喷射到工件表面，形成覆盖层来进行表面处理的工艺。
通常，喷涂技术用于表面涂层、防腐蚀涂层、涂覆复合材料等领域。
3）电子束处理电子束处理利用电子束辐射效应进行表面处理。
常见的电子束处理方法包括电子激发、电子离子的辐射效应、电离不平衡等。
电子束处理通常用于表面刻蚀、加工、改性等领域。
4）激光加工激光加工是一种利用激光在表面进行熔化、蒸发和气化的表面处理技术。
激光加工可以用于焊接、打洞、切割等领域。
3、表面处理的应用随着材料表面处理技术的不断发展，它在许多领域都有着广泛的应用。
1）航空航天领域航空航天领域对材料的要求非常高。
许多材料在表面处理后，可以提高其抗振动、耐热、密封性和耐腐蚀性能等，从而增强制造材料的可靠性和性能。
2）电子器件领域电子器件需要高精度、高稳定性和高密度的工艺要求。
现代表面工程技术-主要内容
现代表面工程技术-主要内容----d325f838-7161-11ec-b83b-7cb59b590d7d1．使用表面技术的目的？（1）提高材料抵抗环境影响的能力。
（2）赋予材料表面某种功能特性。
包括光、电、磁、热、声、吸附、分离等等各种物理和化学性能。
（3）进行特定的表面处理，以制造零部件。
2按学科特点将表面技术大致划分为三个方面1）表面合金化：包括喷焊、堆焊、离子注入、激光沉积、热渗透镀等。
2）表面覆层与覆膜技术：包括热喷涂、电镀、化学转化处理、化学镀、气相沉积、涂装、堆焊、金属染色、热浸镀等。
3）表面结构转变技术：包括激光、电子束热处理技术和喷丸、轧制等表面加工硬化技术。
3.表面技术:表面技术主要通过表面涂覆和表面改性技术来提高材料抵御环境作用能力和赋予材料表面某种功能特性。
表面涂层：主要采用各种涂层技术。
表面改性技术：用机械、物理、化学等方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
4.表面粗糙度通常用以下方法表示。
请用线段连接相应的挖掘符号。
轮廓算术平均偏差：ra微不平整度+点高RZ轮廓最大高度ry5.电镀的基本原理和分类？电镀是指在直流电的作用下，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。
电解液主要是水溶液，也有有机溶液和熔融盐。
从水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，从熔融盐中电镀称为熔融盐电镀。
6.电沉积的基本条件金属离子以一定的电流密度进行阴极还原时，原则上，只要电极电位足够负，任何金属离子都可能在阴极上还原，实现电沉积。
但由于水溶液中有氢离子、水分子及多种其它离子，使得一些还原电位很负的金属离子实际上不可能实现沉积过程。
所以金属离子在水溶液中能否还原，不仅决定于其本身的电化学性质，还决定于金属的还原电位与氢还原电位的相对大小。
若金属离子还原电位比氢离子还原电位更负，则电极上大量析氢，金属沉积极少。
7.合金共沉积的条件？两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。
公共基础知识表面处理技术基础知识概述
《表面处理技术基础知识概述》一、引言表面处理技术在现代工业中占据着至关重要的地位。
它不仅能够改善材料的外观，还能提高材料的性能，延长其使用寿命，满足各种不同的应用需求。
从日常生活中的五金制品到高科技领域的航空航天设备，表面处理技术都发挥着不可或缺的作用。
本文将对表面处理技术的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、基本概念1. 表面处理的定义表面处理是指通过物理、化学或机械等方法，在材料表面形成一层具有特定性能的覆盖层，以改善材料的表面性能，如耐腐蚀性、耐磨性、装饰性等。
2. 表面处理的目的（1）提高材料的耐腐蚀性：通过在材料表面形成一层耐腐蚀的覆盖层，如电镀、化学镀、热浸镀等，可以有效地防止材料在恶劣环境下的腐蚀。
（2）提高材料的耐磨性：采用表面淬火、渗碳、渗氮等表面强化技术，可以提高材料的表面硬度和耐磨性，延长材料的使用寿命。
（3）改善材料的装饰性：通过电镀、喷涂、阳极氧化等方法，可以在材料表面形成各种颜色和光泽的覆盖层，提高材料的装饰性。
（4）提高材料的其他性能：如提高材料的导电性、导热性、绝缘性等。
3. 表面处理的分类（1）按处理方法分类：可分为物理表面处理、化学表面处理和机械表面处理。
- 物理表面处理：包括真空镀膜、离子注入、激光表面处理等。
- 化学表面处理：包括电镀、化学镀、热浸镀、化学转化膜等。
- 机械表面处理：包括喷砂、抛丸、磨光、滚光等。
（2）按处理目的分类：可分为防护性表面处理、装饰性表面处理和功能性表面处理。
- 防护性表面处理：主要目的是提高材料的耐腐蚀性和耐磨性。
- 装饰性表面处理：主要目的是改善材料的外观，提高其装饰性。
- 功能性表面处理：主要目的是提高材料的特定性能，如导电性、导热性、绝缘性等。
三、核心理论1. 表面物理化学表面物理化学是研究材料表面的物理和化学性质的学科。
它涉及到表面张力、表面能、吸附、润湿等概念。
在表面处理过程中，了解材料表面的物理化学性质对于选择合适的处理方法和工艺参数至关重要。
现代表面
1.电镀：是利用电解作用，即把具有导电性能的工件表面与电解质溶液接触，并作为阴极，通过外电流的作用，在工件表面沉积与基体牢固结合的镀覆层。
2.电刷镀：是电镀的一种特殊方法，又称接触镀、选择镀、涂镀、无槽电镀等。
其设备主要由电源、刷镀工具(镀笔)和辅助设备(泵、旋转设备等)组成，是在阳极表面裹上棉花或涤纶棉絮等吸水材料，使其吸饱镀液，然后在作为阴极的零件上往复运动，使镀层牢固沉积在工件表面上。
3.化学镀：又称“不通电”镀，即在无外电流通过的情况下，利用还原剂将电解质溶液中的金属离子化学还原在呈活性催化的工件表面，沉积出与基体牢固结合的镀覆层。
4．涂装：它是用一定的方法将涂料涂覆于工件表面而形成涂膜的全过程。
涂料(或称漆)为有机混合物，一般由成膜物质、颜料、溶剂和助剂组成5．粘结它是用粘结剂将各种材料或制件连结成为一个牢固整体的方法，称为粘结或粘合。
粘结剂有天然胶粘剂和合成胶粘剂6．堆焊：它是在金属零件表面或边缘，熔焊上耐磨、耐蚀或特殊性能的金属层，修复外形不合格的金属零件及产品，提高使用寿命，降低生产成本，或者用它制造双金属零部件。
7．熔结：它与堆焊相似，也是在材料或工件表面熔敷金属涂层，但用的涂敷金属是一些以铁、镍、钻为基，含有强脱氧元素珊和硅面具有自熔性和熔点低于基体的自熔性合金，所用的工艺是真空熔敷、激光熔敷和喷熔涂敷等。
8.热喷涂:它是将金属、合金、金属陶瓷材料加热到熔融或部分熔融，以高的动能使其雾化成微粒并喷至工件表面，形成牢固的涂覆层。
热喷涂的方法有多种，按热源可分为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂(超音速喷涂)和爆炸喷涂等。
经热喷涂的工件具有耐磨、耐热、耐蚀等功能。
9.塑料粉末涂敷:利用塑料具有耐蚀、绝缘、美观等特点，将各种添加了防老化剂、流平剂、增韧剂、固化剂、颜料、填料等的粉末塑料，通过一定的方法，牢固地徐敷在工件表面，主要起保护和装饰的作用。
10.电火花涂敷:这是一种直接利用电能的高密度能量对金属表面进行徐敷处理的工艺，即通过电极材料与金属零部件表而的火花放电作用，把作为火花放电极的导电材料(如WC、nC)熔渗于表面层，从而形成含电极材料的合金化涂层，提高工件表层的性能，面工件内部组织和性能不改变。
现代表面工程学导论-电镀
电沉积的基本条件
某金属在阴极析出的必要条件： 阴极的电位负于该金属在该溶液中的平 衡电位，并获得一定过电位。 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
两种或多种金属共沉积的过程比单一金属电沉积 过程复杂得多，研究其共沉积的机理就更困难，因 而当前关于合金电镀的理论尚不完善，共沉积中的 一些现象至今仍难以合理解释。 共沉积时，两种以上金属离子在阴极上还原，会出 现竞争放电现象、电子之间互相影响以及电结晶过 程中合金元素对成核规律的影响等问题。 因此，目前还只能提供一些实验数据的综合和某些 定性解释，定量的理论研究还有待今后发展。
镀层分类
按镀层与基体金属之间的电化学性质分类， 可分为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。 而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。
镀层分类
按镀层的组合形式分: 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； 复合镀层，如 Ni-A2O3，Co-SiC等。 若按镀层成分分类为： 单一金属镀层 合金镀层及复合镀层。
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现代电化学表面处理技术专论
第5、6、7章复习重点
1. 什么是非晶态镀层？其结构特征是什么？用电镀法制备此类镀层的优点是什么？通过实验如何判定所得镀层是非晶态的？非晶态合金镀层在加热到一定温度时为什么会发生晶化？请举例过程。
2. 非晶态合金镀层可以分成几类？请列举出每种类别的代表性镀层。
影响镀层是否能够形成非晶态的主要因素是什么？举例说明。
功能性非晶态镀层都有哪些方面的应用？并举例说明其中2个方面的应用。
3. 什么是电子电镀？电子电镀的特点是什么？什么是金手指电镀？金手指电镀的作用是什么？酸性镀硬金的镀液配方和工艺是什么？酸性镀硬金工艺可以应用在哪些方面？
4. 印制板按导电图形层数可分为几类？每种类别的制造工艺流程是什么？什么是减成法、加成法和半加成法？什么是孔金属化？传统的孔金属化的主要工序有什么？出于环保和降低成本目的而开发的直接电镀技术包括哪几种技术？印制板电镀铜加厚的目的是什么？硫酸盐镀铜的镀液配方和工艺是什么？为了提高深度能力，采用了什么措施？
5. 铜制件和铝制件的波导器件表面电镀镀银层的工艺流程分别是什么？氰化物预镀银和镀亮银的镀液配方和工艺什么？为了代替有氰镀银，都发展了哪些工艺和技术？
6. 什么是振动电镀？其特点和适用范围分别是什么？电镀设备由哪两个部分组成？
7. IC引线框架电镀的工艺流程是什么？生产设备有几种类型？
8．物理气相沉积的定义是什么？物理气相沉积分为几类？真空蒸镀的成膜过程是什么？真空蒸镀的蒸发源有几种？溅射镀的成膜过程是什么？溅射镀膜方法有几种？磁控溅射的原理和特点是什么？离子镀的原理和成膜过程是什么？9. 化学气相沉积的定义是什么？化学气相沉积的基本条件是什么？化学气相沉积反应有几种类型？化学输运反应的定义是什么？化学气相沉积的工艺模型是什么？化学气相沉积的反应器有几种类型？。