第九章_金属的电沉积过程..
第九章 第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护精品PPT课件
一、电解池的工作原理及应用 有如图的电解池装置：
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(1)电解时，a极是 阴极，电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑ ； b极发生 氧化反应，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑；电解总 反应的离子方程式为 2Cl－＋2H2O=通==电==2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (2)电解时，电子从电源 负极 沿导线流入电解池的 阴极，再 从电解池的 阳极 流出，并沿导线流回电源的 正极 。
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［特别提醒］ (1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变
化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (2)书写电解化学方程式时，应看清是电解的水溶液还是熔融
电解质。
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判断电解质溶液离子浓度的变化 (1)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大； (2)若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大； (3)若阴、阳两极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，
原
放H2 阴极：H2O放H2
电解质 生成新 增 通氯化
生碱 生成碱阳极：电 NaCl
和水 电解质 大 氢
型 解质阴离子放电
放O2 阴极：电解质阳
电解质 生成新 减 加氧化
生酸 离子放电阳极： CuSO4 和水 电解质 小 铜
型 H2O放O2生成酸
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[特别提醒] 用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复 到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则， 一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。
析氢 腐蚀；电极反应：负极 Fe－2e－===Fe2＋，正极 2H＋＋2e－===H2↑ 。
电化学沉积的原理和应用
电化学沉积的原理和应用原理电化学沉积是一种通过外加电位来控制金属和其他物质在电极表面沉积的方法。
它基于电化学原理，即在电解质溶液中，通过电极之间的电流进行反应，从而使得物质在电极表面进行沉积。
电化学沉积的主要原理可归纳为以下几点：1.电解质溶液：电化学沉积需要在电解质溶液中进行。
这种溶液通常包含一个可供沉积的金属离子，以及其他辅助剂和添加剂。
电解质溶液的成分对沉积物的性质和质量起着重要作用。
2.电极：电化学沉积需要使用两个电极：阳极和阴极。
阳极是由要沉积的金属或物质构成，而阴极则是导电材料，通常是金属。
在沉积过程中，金属离子在电流的作用下从溶液中被还原到阴极表面。
3.外加电位：通过控制外加电位，可以调节沉积速率、尺寸和形状。
正电位会促使金属离子被还原并沉积到阴极上，而负电位则相反。
通过精确控制外加电位，可以获得所需的沉积结果。
4.电化学反应：电化学沉积是通过电化学反应实现的。
当外加电位施加在电解质溶液中时，阳极上发生氧化反应，而阴极上发生还原反应。
这导致金属离子从溶液中被还原并沉积在阴极表面。
应用电化学沉积在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 电镀电镀是电化学沉积最常见的应用之一。
通过在金属表面沉积一层金属镀层，可以提高金属材料的表面整体性能，如耐腐蚀性、抗磨损性和外观美观性。
电镀广泛应用于汽车制造、家电制造、珠宝制造等行业。
电镀还可以用于制备导电材料，如导电膜、导电网格等。
这些导电材料在电子器件制造和传感器制造等领域发挥着重要作用。
2. 纳米材料制备电化学沉积可以用来制备各种纳米材料。
通过控制反应条件和沉积参数，可以获得具有特定形貌和粒径的纳米材料。
这些纳米材料在材料科学、能源储存和催化剂等领域具有广泛应用前景。
3. 生物医学应用电化学沉积可用于生物医学应用中，例如制备人工关节、植入材料和生物传感器等。
通过在材料表面沉积具有特定形态和特性的材料，可以提高生物医学材料的生物相容性和性能。
各类金属电化学沉积机制的研究与应用分析
各类金属电化学沉积机制的研究与应用分析一、导言金属电化学沉积是指在电化学反应中，通过外加电压和电流下，金属原子离子被还原物吸附并形成金属沉积物的过程。
金属电化学沉积过程是一种简单、快速、高效的沉积方法，可用于各种不同金属沉积薄膜。
本文旨在探索各类金属电化学沉积机制的研究与应用分析。
二、铜电化学沉积机制铜电化学沉积是最常见的电化学沉积方法之一，可用于工业生产中的电路板、微电子设备和太阳能电池等行业。
铜电化学沉积是通过向铜盐溶液中施加电场来监听铜离子，并沉积在表面上。
沉积机制采用铜离子在氧化还原反应中的还原过程，具体过程如下：Cu2+ + 2e- → Cu （电化学反应）因此，铜池被称为“还原池”，水分子也可能被还原成氢气，化学方程式如下：H2O + 2e- → H2 + 2OH-三、镍电化学沉积机制镍电化学沉积是一种常用的镍涂层方法，广泛应用于半导体、电池、汽车零部件等行业。
镍电化学沉积机制是镍离子通过电化学还原转化成金属镍，具体反应如下：Ni2+ + 2e- → Ni镍电化学还原反应中，镍的电极电动势比水还原大1.7伏，因此，此电化学反应非常浓烈，不需要添加还原剂。
在电解质中，引入一定量的NiCl2 作为离子源，镍电解时，镍离子向阳极迁移，致力于向阳极释放电子与 Cl- 离子发生电极筛选，碳块向阳极通电，导致表面发生化学反应，即生成 Ni2+ 离子。
四、铬电化学沉积机制铬电化学沉积可用作防腐、美化工程在不锈钢、铸铁、铜等材料表面的处理。
铬电化学沉积是通过在含铬离子的电解液中将铬离子沉积在基材表面的过程。
铬离子被还原成金属铬时，电解质中的酸性越高，还原得越彻底。
铬化学反应如下：Cr3+ + 3e- → Cr五、锌电化学沉积机制锌电化学沉积应用广泛，可在热交换、汽车工业以及裸钢及钢铁制品保护等多个领域中使用。
锌电化学沉积离子（Zn2+）沉积在金属表面的机制如下：Zn2+ + 2e- → Zn当电解液浓度越来越高时，锌离子的浓度也有显着的增加，且锌离子的沉积是一个快速而简单的过程。
电化学沉积法原理
电化学沉积法原理电化学沉积法是一种利用电化学原理进行金属或合金沉积的方法。
它是通过在电极表面施加外加电压或电流，使金属离子在电极表面还原成金属沉积的过程。
电化学沉积法在材料制备、表面修饰、电化学传感器等领域有着广泛的应用。
电化学沉积法的原理主要包括电极反应和电沉积过程。
在电化学沉积过程中，电极上的金属离子受到外加电压的影响，发生还原反应，从而在电极表面沉积金属。
电极反应的速率和方向取决于外加电压、电极材料、电解液成分等因素。
一般来说，当外加电压足够大时，金属离子会在电极表面快速还原成金属，形成均匀的沉积层。
电化学沉积法的原理还涉及到电解质传递和扩散控制。
在电沉积过程中，电解质中的金属离子需要通过扩散层到达电极表面，然后参与电极反应。
因此，电解质的浓度、电解质的流动情况以及电极表面的形貌都会对电化学沉积过程产生影响。
合理控制电解质的传递和扩散，可以实现对沉积层厚度、结构和性能的调控。
电化学沉积法的原理还与电极材料的选择密切相关。
电极材料的选择会影响电极表面的活性、结构和形貌，从而影响电化学沉积的效果。
一些特殊的电极材料，如纳米材料、多孔材料等，能够提高电极表面的比表面积和活性位点数，从而促进沉积层的形成和性能的提升。
总的来说，电化学沉积法是一种基于电化学原理的金属沉积方法，其原理涉及电极反应、电解质传递和扩散控制以及电极材料的选择。
通过合理控制这些因素，可以实现对沉积层的形貌、结构和性能的调控，从而满足不同领域对金属沉积的需求。
电化学沉积法在材料制备、表面修饰、电化学传感器等领域有着广泛的应用前景，对于推动材料科学和工程技术的发展具有重要意义。
电沉积的基本原理
电沉积的基本原理电沉积呀，就像是一场微观世界里超级有趣的“金属搬家”游戏呢！咱先来说说电沉积发生的舞台——电解液。
这电解液就像是一个充满各种小粒子的热闹“小广场”。
这里面有金属离子，它们就像一个个等待被安排新住所的小居民。
比如说，要是想电沉积铜，那这个电解液里就有铜离子在里面游来游去。
这些离子在溶液里可不安分，它们被周围的水分子或者其他溶剂分子包围着，就像一个个小明星被粉丝簇拥着一样。
然后呢，咱得有电极。
电极就像是这个“搬家”游戏里的起点和终点。
一般有阳极和阴极。
阳极就像是一个“资源供应站”，它会发生一些反应来提供电子或者离子。
阴极呢，那可是“目的地”，是金属离子们向往的新家。
比如说，在一个简单的电沉积铜的装置里，阳极可能是一块铜块，阴极可能是一块别的金属或者导电的材料。
当我们把这个装置接通电源的时候，就像给这个微观世界按下了启动键。
电源就像是一个指挥官，它开始指挥电子的行动。
电子从阳极出发，沿着导线像小蚂蚁搬家一样，朝着阴极跑去。
这个时候，阳极的铜块就不淡定了。
它开始失去电子，铜原子就变成了铜离子，进入到电解液这个“小广场”里。
这就像是家里的大人把东西拿出来放到外面，准备让别人搬走一样。
而在阴极那边呢，可是热闹非凡。
那些在电解液里游来游去的铜离子，一看到阴极这个诱人的“新家”，而且还有电子在那等着它们，就迫不及待地跑过去。
每个铜离子得到两个电子，就又重新变成了铜原子，然后乖乖地在阴极表面安家落户。
就像小孩子们找到自己的小房间，一个个排好队，在阴极表面形成一层铜的涂层。
电沉积可不光是这么简单的直线过程哦。
在这个过程中，还有很多小状况呢。
比如说电解液里的离子浓度会影响电沉积的速度和质量。
如果离子浓度太低，就像“小广场”里的居民太少了，那搬到阴极的金属原子数量就少，沉积的速度就慢。
而且，溶液里可能还有其他的离子在捣乱。
它们可能会和金属离子抢电子，或者影响金属离子到达阴极的路线。
这就像在搬家的路上有一些小调皮鬼在捣乱一样。
金属的电沉积
(P83)
由此我们可以得出络合离子的直接还原理论的结 论是：络合物的电解液中，在阴极上直接放电的 络合离子既不是简单的金属离子，也不是浓度最 大的具有特征配位数的络合离子，而是配位数较 低、且浓度适中的络合离子。 关于络合离子的直接还原理论，我们可以通过以 下几方面作进一步的阐述： 为什么不是配位数较高的络合离子放电？ (1) 配位体和金属离子形成络合离子以后，使得
考虑了未通电时络合离子的离解平衡反应，而没 有考虑到通电以后电极反应的特征。那么，在溶 液中的不同配位数的各种络合离子又是哪一种络 合离子在电极上直接放电呢？例如在碱性镀锌溶 液中，电解液的组成主要是ZnO和NaOH，OH-离 子和Zn2+离子形成络合物的形式有以下几种：
Zn2+ + OH- Zn(OH)+ + OH- Zn(OH)2 Zn(OH)2 + OH- Zn(OH)3- + OH- Zn(OH)4当OH-离子的浓度比Zn2+离子的浓度大的多时， 锌的氢氧络离子的特征配位数为4，即在碱性镀
[M(H2O)x]n+ + ne = M + xH2O 实际上，它的还原过程是分好几步进行的，具体如
下：
(1) 水合金属离子失去部分水化膜 [M(H2O)x]sn+ [M(H2O)x-y]吸附n+ + yH2O
(2) 电子在电极和离子之间跃迁，生成带有部分 水化层的金属原子
[M(H2O)x-y]吸附n+ +ne = [M(H2O)x-y]吸附 (3) 金属原子失去剩余的水化膜变成金属原子
[M(H2O)x-y]吸附= M原子 + (x-y) H2O M原子 → M晶核 M晶核 → M晶格 上述还原反应的历程实际上只适合一价金属离
第九章 金属阳极电极过程
腐蚀原电池中的三个过程：
（1）阳极过程：金属的溶解，以金属离子的形式进入介 质，并将电子留在金属表面。
M
Mn+ + ne-
（2）阴极过程：从阳极流过来的电子被电解质中能够吸 收电子的氧化性物质（D）接受，通常为O2、H+。通常将 这种氧化性物质称为“去极化剂”。
D + ne- [D. ne-]
（3）电流的流动：在金属内部（相当于短接的导线）以 电子为载体，电流由正极流向负极；电解质中以带电粒子 为载体，由阳极流向阴极（负极到正极），构成一个回路。
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀电池的定义： 金属在电解质介质中的腐蚀，是以电化学腐蚀的机
理进行的，即在金属表面形成了腐蚀原电池。 腐蚀原电池是指只能导致金属材料破坏而不能对外
界做有用功的短路原电池。
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9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的示意图
9.2 金属阳极的活性溶解
腐蚀原电池的原理图
9.2金属 阳极的活性溶解
9.2 金属阳极的活性溶解
（2）阴极反应 阴极上进行的是铜的还原反应。
Cu2+ + 2e = Cu
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9.2 金属阳极的活性溶解
镀Zn板（阳极镀层）
马口铁（即镀锡薄 板）（阴极镀层）
活泼金属Zn充当牺牲阳 极，为已暴露的Fe基体 提供电子，使其作为阴 极免受腐蚀。
较为惰性的金属Sn从已 暴露的Fe基体得到电子， 使其充当阳极，加速了 铁基体的腐蚀。
9.2 金属阳极的活性溶解
（2）微观腐蚀电池:由于金属表面电化学不均匀性引起。 主要包括： a)化学成分的不均匀性：如杂质等； b)组织结构的不均匀性：如晶界、晶体缺陷等； c)物理状态的不均匀性：如应力状态等； d)金属表面膜的不完整性：如沉淀膜、钝化膜等。
金属工艺学第九章课件.pptx
1)零件的加工精度高,尺寸一致性好 由于数控机床本身的精密度 高,特别是有的数控机床具有加工过程自动检测和误差补偿等功 能,因而能可靠地保证加工精度和尺寸的稳定性。
2)生产效率高。数控加工过程是一种自动加工过程,不需要工人直 接操作机床。加工中零件的装夹次数少。一次装夹可加工出很多 表面,可省去划线找正和检测等许多中间工序。加工复杂零件时, 效率可提高5~10倍,劳动强度也低。
3)特别适合加工形状复杂的轮廓表面。可加工如叶片、叶轮及成 形模具等具有复杂空间曲面的零件。
4)有利于实现计算机辅助制造。目前在机械制造业中,CAD/CAM 的应用日趋广泛,而数控机床及其加工技术正是计算机辅助制造 系统的基础。
5)对操作者(不含编程人员)技术水平的要求相对较低。
6)初始投资大,加工成本高。数控机床的价格一般比同规格的普通 机床高出许多,机床备件的价格也很高,加上零件加工进行编程、
图9-7 激光加工的工作原理示意图 1—激光器 2—光阑 3—反射镜 4—聚焦
镜 5—工件 6—工作台 7—电源
3.激光加工的特点及应用 1)不需要直接接触的加工工具,所以不存在工具损耗问题,适宜自 动化生产系统。
2)由于激光的功率密度高,几乎能加工所有的材料,如各种金属材 料、陶瓷、石英、金刚石及半导体等。
超声加工除用于工件的成形加工外还可以用于清洗、焊接和探伤 等。
四、激光加工
1.激光的特性
普通光源(如白炽灯、日光灯、氙灯、氪灯等)的发光是以自发辐 射为主。
1)强度高,红宝石脉冲激光器的亮度比高压脉冲氙灯高370亿倍,比 太阳表面的亮度也要高200多亿倍。
2)单色性好,激光的波长(或者频率)是某一确定的数值,或严格地讲 是波长的范围(谱线宽度)非常小。
电沉积和电泳
电沉积和电泳
电沉积（Electroplating）和电泳（Electrophoresis）是两种与电化学过程相关的技术，它们用于在材料表面或液体中分离、涂覆或分析物质。
以下是它们的简要介绍：
1. 电沉积（Electroplating）：
-电沉积是一种将金属沉积到另一金属表面的电化学过程，以改善外观、耐腐蚀性、导电性和其他性能。
-这个过程涉及两个电极：阳极和阴极，它们分别连接到电源，然后浸入电解液中。
-金属离子从阳极释放，然后在阴极上还原并沉积在其表面，形成均匀、致密的金属涂层。
-电沉积常用于制造金属物品，如镀金、镀银、镀镍、镀铬、镀锌等，以改善它们的外观和性能。
2. 电泳（Electrophoresis）：
-电泳是一种在电场中移动带电粒子（如蛋白质、DNA片段、RNA等）的技术，通常用于分离、分析和检测生物分子。
-过程涉及将带电粒子在电场中放置在凝胶或液体介质中，然后应用电压，使粒子根据其电荷和大小在电场中移动。
-在凝胶电泳中，质子或蛋白质根据其大小和电荷在凝胶中分离开来，从而实现分析和定量。
-电泳还有各种变体，如聚丙烯酰胺凝胶电泳、琼脂糖凝胶电泳、DNA电泳等，用于不同类型的生物分子分离和分析。
总之，电沉积和电泳是两种不同的电化学过程，分别用于在材料表面涂覆金属或在生物分析中分离带电粒子。
它们在不同应用领域中具有重要作用。
真空沉积技术
镀
膜 溅射镀膜也是由三个阶段组成。 的
原 理
正离子
溅射原子
及
特
靶
点
基 片
靶面原子 的溅射
溅射原子向 基片的迁移
溅射原子在 基片沉积
溅 靶面原子的溅射
射 镀 膜
当高速正离子轰击作为阴极的靶材时;靶面产生许多 复杂的现象
的 原 理 及 特 点
离子轰击固体表面发溅射 离子散射 离子的
点
• 工作气体的种类 • 靶的温度;温度高更有利
于溅射
10-2 10-3
Xe Ar
Ne
He H
• 工作气体离子入射的角
10-4
O
度
10-15 01 102 103 104 105 106
正离子量Q的增加;虽能增加溅射量S; 但这将增加工作气体的压力;伴随带 来杂质的增加;影响膜层质量
能量 (eV)
溅射产额与入射离子
理 泵外;还要考虑解吸气体的影响
及
• 污染作用 残余气体分子以一定速度在真空室内作无规则的运动;
其 并以一定的几率与工件表面相碰撞 即使在高真空的条件下;单位时
基 间内与基片碰撞的气体分子数也是十分可观的 残余气体分子到达基
本 片后;一部分留在基片上;一部分飞走
过 程
在大多数系统中;水汽是残余气体的主要组成部分 如真空度为1 3104Pa时;残余气体中90%是水
材料的蒸汽压px; 材料的摩尔质量M;
过
蒸发温度T
程 另外;还有蒸镀材料表面洁净程度 蒸发料上出现污物;蒸发速度降低
特别是氧化物;它可以在被蒸镀金属上生成不易渗透的膜皮而影响蒸
发 不过;如果氧化物较蒸镀材料易于蒸发如SiO2对Si或氧化物加热时 分解;或蒸发料能穿过氧化物而迅速扩散;则氧化物膜将不会影响蒸