《金属表面精饰》PPT课件

• 原则几乎所有金属都能从熔盐中电沉积，但往往外观不好，结合力也 差，能沉积出平滑镀层的金属是不多的。
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电解时电极上的反应
• 阴极上的反应 电解时阴极上发生还原反应。
• 发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中H2O）。 • 判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势
析出电势相差约0.2V左右。
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简单金属离子的还原
• 溶液中的任何金属离子，只要电极电势足够负，原则上都可能在 电极上得到还原。
• 但是，若溶液中某一组分的还原电势较金属离子的还原电势更正 时，则就不可能实现金属离子的还原。
• 如果阴极还原过程的产物是合金，由于还原产物中金属的活度一 般要较纯金属的小，此时仍有可能实现金属的电沉积。
E (A |A z ) E(A |A z ) R zF T ln a A z (阳 )
分 解 电 压 E ( 阳 极 , 析 出 ) E ( 阴 极 , 析 出 )
• 电解水溶液时，由于H2或O2的析出，会改变H+或OH-的浓度，计算电 极电势时应把这个因素考虑进去。
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金属离子的分离
• 2．若溶液中存在络合剂，且金属离子能与络合剂作用而形成稳定的 络离子，则金属电极的平衡电位变得更负，这显然不利于还原过程。 例如氰化物溶液中，只有Cu分族及其右方金属才能实现电沉积，也即 分界线向右移了。含有其它络合精剂选P时PT，也可观察到类似的现象。11
简单金属离子的还原过程
• （1）水化金属离子由本体溶液向电极表面的液相传质；
计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。
• 阳极上的反应 电解时阳极上发生氧化反应。
• 发生氧化的物质通常有：（1）阴离子，如OH-等，（2）阳极本身发生 氧化。
• 判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势 计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。
• 工业上采用的大多数电解液是电解质水溶液为镀液，也有用有机 溶剂或熔盐为电解质进行电镀。周期表中大约有30多种金属可从 水溶液中电沉积，而Li, Na, K, Be, Mg, Ca则不能从水溶液中电沉 积，而必须采用非水溶液或熔盐。
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简单金属离子的还原
注意：1．若阴极还原产物不是纯金属而是合金，则由于反应物中金属 的活度比纯金属时来得小，因而有利于还原反应的实现。例如Cd-Ti， W-Fe，W-Ni等。再如碱金属，碱土或希土金属能在汞电极上还原成 相应的汞齐就是明显的例证。
• 最典型的例子莫过于活泼金属离子(如Na)在汞阴极上的还原而形成 相应的汞齐。
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简单金属离子的还原
• 对于元素周期表中的金属，若金属元素在周期表中的位置越靠右 边，则这些金属离子在电极上还原的可能性就越大。
• 水溶液中金属的电沉积一般以Cr、Mo、W分族为分界线，即位于 Cr、Mo、W分族左边的金属在水溶液体系中不能实现电沉积，而 位于Cr、Mo、W分族右边的金属元素的简单离子都较容易从水溶 液体系中电沉积出来。
• 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，如镀锌或镀镉，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。
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金属电沉积和电镀
• 目前金属离子电沉积的基体已不仅是金属，而且在塑料，如ABS、尼 龙、聚四氯乙烯等各种塑料上进行电镀。
• 其过程是在塑料表面活化处理后，用化学沉积法使其表面形成很薄的 导电层，再把塑料置于电镀槽的阴极，镀上各种金属，使塑料制品能 够导电、导磁，有金属光泽，同时其机械性能等也得到提高。
• 所有电沉积过程都需要选择适宜的电解液、添加剂等以提高效率，改 善镀层质量。
• 除传统意义上的电镀之外，发展功能性新型镀层以满足新材料、新技 术和人民生活需求是电沉积研究的重要课题。
E(Mz+|M) E (Mz+,M)RTln 1 zF aMz+
E(H+|H)
RT 1 F精l选nPaPTH+
H2
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电解时电极上的反应
• 分解电压 确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减， 就得到了实际分解电压。
• 因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所以用阳极析出电势减去 阴极析出电势。
• （2）电极表面溶液层中金属离子水化数降低、水化层发生重排，使 离子进一步接近电极表面。过程表达式为：
• 如果溶液析出而达到分离的目的。
• 在阴极上，析出电势越大越先还原；在阳极上，析出电势越小越先 氧化。
• 当离子的浓度已降低到原来的1/104，可以认为离子基本分离干净 • 对于一价金属离子，析出电势相差约0.4V左右；对于二价金属离子，
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金属电沉积和电镀
• 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。
• 电镀具有如下的主要作用：
• 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、铑等贵金属进行最后 装饰性电镀。
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可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属
可电沉积的金属
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可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属
• 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。
• 上表中列出了可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属种类，可见，在 约70 种元素中， 约30种能从水溶液中电沉积。
第三章 金属的表面精饰
金属电沉积和电镀原理 金属电沉积(Electrodeposition)过程是指简单金属离子或络离子通过电 化学方法在固体(导体或半导体)表面上放电还原为金属原子附着于电极 表面，从面获得一金属层的过程。 电镀(Electroplating)是金属电沉积过程的一种，它是出改变固体表面 特性从面改善外观，提高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、 电、磁、热等表面性质的金属电沉积过程。