第5章 电镀及化学镀

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1、表面工程,第五章 电镀及化学镀,主要内容,5.1 电镀 5.2 合金电镀 5.3 复合镀 5.4 电刷镀 5.5 化学镀,2019/5/21,3/33,5.1 电镀,电解：在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子两极发生氧化还原反应的过程。,（1）电解与电镀,电解CuCl2溶液示意图,阴极（还原反应）:,阳极（氧化反应）:,Cu2+ + 2e Cu,2Cl2e Cl2,2019/5/21,4/33,电镀：是指利用电解原理，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。,铜的电解精炼：,目的: 耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及电、磁、光学 一般为几微米到几十微米,镀铜,2019

2、/5/21,5/33,（2）电镀装置及原理（以镀铜为例）,两电极： 阴极还原反应： Cu 2+2eCu(形成镀层) 阳极氧化反应： Cu 2eCu2+(阳极溶解),外电路：直流电源、导线,电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液,电镀的结果，硫酸铜溶液的浓度保持不变,2019/5/21,6/33,（3）电镀液,主盐：提供金属离子，析出金属易溶于水的盐类 络合剂：镀液的重要成分。能与主盐的阳离子络合而成金属络离子。在电镀过程中，能有效地促进阴极极化作用，提高电解液的均镀能力和深镀能力，从而使镀层结晶细致光滑；对保证镀层质量和电解稳定性起重要作用。如在氰化物电镀液中用氰化物作络合剂，在无氰电镀液中用铵

3、盐、焦磷酸盐、次氨（基）三乙酸等作络合剂。 导电盐：提高镀液的导电能力 缓冲剂：稳定pH值 阳极活化剂：促进阳极溶解的助溶阴离子 添加剂：影响金属离子在阴极析出的成分。光亮剂、整平剂、晶粒细化剂、润湿剂、应力消除剂、镀层硬化剂等,2019/5/21,7/33,金属还原的基本条件和可能性,还原条件：本身的电化学性质 金属的还原电位与氢还原电位的相对大小,2019/5/21,8/33,离子的放电顺序,阴离子：,阳离子：,与金属活动顺序相反。即,K +、Ca2+ 、Na + 、Mg2+ 、Al3+ 、 Zn2+ 、 Fe2+ Sn2+ 、Pb2+ (H+) Cu2+ 、Fe3+ 、 Hg2+ 、 A

4、g+.,得e能力依次增强,除Au、Pt外的金属做电极放电能力阴离子。即：,失e 能力依次减弱,K 、Ca 、 Na Cu 、 Hg 、 Ag S2、I 、 Br 、 Cl 、OH 、 NO3 、SO4 2,2019/5/21,9/33,（4）电镀过程三个步骤,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； 电化学还原：前置转换和电荷转移 金属离子在进行电化学还原前，其主要存在形式在阴极附近或表面发生化学转化，转变为参与电极反应的形式，该过程为前置转换； 然后金属离子再以此形式在阴极表面得到电子，还原为金属原子，称电荷转移。 电结晶：晶核的形成和生长,2019/5/21,10/33,

5、（5）影响电镀层质量的基本因素,镀层金属的本性 镀液 各种成分及浓度 电镀规范 电流密度、波形、温度及搅拌等 pH值及析氢 基体金属及表面质量 前处理 精整和清理洁净、活性的晶体表面,2019/5/21,11/33,镀锌 镀铜 镀镍 镀铬 镀锡 镀银 镀金,2019/5/21,12/33,5.2 合金电镀,电镀合金始于18351845年。 20世纪20年代起还很少应用于工业。 目前230多种电镀合金体系，应用约有30余种 例：黄铜,白铜,Zn-Sn,Pb-Sn,Zn-Cd,Ni-Co Ni-Sn, Cu-Sn-Zn,定义：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金电镀。,2019/5/21,

6、13/33,（1）合金共沉积的条件,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。 共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。,2019/5/21,14/33,（2）实现共沉积的方法, 改变镀液中金属离子的浓度比 增大较活泼金属离子的浓度，使其电位正移；或降低较贵金属离子浓度，使其电位负移，使两者的电位接近。 采用适当的配合剂 使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效方法。 采用特定的添加剂 某种添加剂可能对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。,2019/5/21,15/33,（3）合金电镀的特点,与热冶金合金相比，主要特点： 容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni。 可获

7、得热熔相图没有的合金,-铜锡合金。 容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni-P。 在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差。,2019/5/21,16/33,与单金属镀层相比，主要特点： 合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。 可以获得非晶结构镀层，如 Ni-P镀层。 合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能。 合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。 不能从水溶液中单独电沉积的W，Mo，Ti，V等金属可与铁族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。 通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，具有更好的装饰效果。,2019/5

8、/21,17/33,5.3 复合镀,定义：将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表面复合材料的过程，又称分散镀或弥散镀。,固体微粒： 金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等 尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯 石墨以及不溶于镀液的金属粉末。,特殊功能： 大大扩大了镀层的应用范围和效果。 可用电镀法和化学镀法获得，近年都在蓬勃发展。,2019/5/21,18/33,5.4 电刷镀,定义：电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供应电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而获得电镀层。 又叫选择电镀、无槽电镀、涂镀、笔镀、擦镀等,2019/5/21,19/33,（1）原理与特点

9、,原理同电镀电沉积过程 供电镀液+镀笔+擦试电镀层,2019/5/21,20/33,（1）设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。 （2）可以局部电镀。 （3）镀层种类多，结合强度高。 （4）沉积速度快，生产效率高。槽镀的1015倍。 耗电量几十分之一。 （5）操作安全，对环境污染小。 （6）劳动强度大，消耗阳极包缠材料。,特点：,2019/5/21,21/33,（2）电刷镀设备,专用直流电源、镀笔及供液、集液装置 专用直流电源 030V， 0150A 镀笔：阳极、绝缘手柄、散热装置,2019/5/21,22/33,（3）刷镀溶液,金属离子含量高、导电性好、性能稳定、分散覆盖能力好,1)

10、刷镀溶液的种类 预处理溶液: 预处理溶液可分为电净液和活化液两类 电净液：用于清洗工件表面的油污。 活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层。 电镀溶液: 单金属电镀液和合金电镀液。 退镀溶液: 可把旧镀层或不合格的镀层去掉。 钝化液,2019/5/21,23/33,2)刷镀溶液的特性, 金属离子的含量较高。 镀液的温度范围比较宽。 镀液的性质比较稳定。 均镀能力和深镀能力较好。 镀液的毒性与腐蚀性较小。,2019/5/21,24/33,（4）刷镀工艺,镀前预处理 表面整修、清理、电净、活化 镀件刷镀 刷镀打底层、工作层 镀后处理 清除残积物及防护方法,2019/5/21,25/33,（5）应

11、用,刷镀技术设备简单，操作容易，镀层结合牢固，经济效益显著 机械行业、电力、电子、化工、纺织等部门 机械设备的维修，改善零部件的表面理化性能 沉积的厚度小于0.2 mm，采用刷镀比其它维修方法经济,2019/5/21,26/33,5.5 化学镀（自催化镀、无电解镀）,定义：在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶液中的金属离子还原为金属，并沉积在基体表面，形成镀层。,（1）原理与特点,Mn+通过液相中的还原剂R在材料表面上还原沉积 关键：还原剂的选择和使用 一般次磷酸盐和甲醛、硼氢化物 实质：无外加电场的电化学过程 Mn+neM,2019/5/21,27/33,特点（与电镀比较）, 不需外电

12、源驱动； 均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔的镀件均可获得均匀的镀层； 孔隙率低； 镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的； 可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。,2019/5/21,28/33,（2）化学镀镍（Ni-P镀）,以次亚磷酸盐为还原剂，将镍盐还原成镍，同时使金属中含有一定的磷。 自催化性，原子氢态理论 Ni、P原子共同沉积 Ni-P合金,2019/5/21,29/33,性能： 高硬度 Ni3P 1100HV 耐磨性好 耐腐蚀性好 热传导性、热膨胀低,应用： 模具工业 石油化学工业 汽车工业,2019/5/21,30/33,其它： 化学镀镍基合金： Ni-P，Ni-B，Ni-Cu-P，Ni-Mo-P，Ni-W-P 化学镀复合材料： Ni-金刚石，Ni-SiC，Ni-Al2O3，Ni-聚四氟乙烯,2019/5/21,31/33,电镀与环保上海市轻工业科技情报研究所 电镀与精饰天津市电镀工程学会 电镀与涂饰广州市二轻工业研究所,电刷镀技术, 上海电镀, 涂料涂装与电镀,2019/5/21,32/33,中国电镀信息网 http:/www.china-