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1、回顾：,电镀技术 电镀原理 电镀基本过程 影响电镀涂层的因素,阴极还原反应： Men+ne=Me 阳极氧化反应： Me-ne= Men+,6.3 合金电镀,在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程,合金电镀往往具有单金属无法达到的特殊性能:其色泽、外观、硬度、致密性、电磁性、化学稳定性、耐高温性、耐磨性和镀层结构等通常都优于单金属镀层。,合金电镀,根据电镀合金的特性和应用来分类: 1）防护性合金镀层 常用镀层: Zn-Ni、Zn-Fe、 Zn - Co、 Zn-Ti等； Cr-Ni、Cr-Mo、Cr-W以及Ni-P、Ni-B等合金镀层； Pb-Sn、Pb-I
2、n、Pb-Ag、Pb-Sn-Cu、Pb-Sb-Sn等合金镀层。 性能应用：具有优良的防护性。另外其电镀工艺多具有低氢脆性，因此，特别适用于汽车、船舶、航空和航天等工业。 2）防护装饰性合金镀层 常用镀层: 多层镀层，以 Cu-Sn、Ni-Fe做镀铬底层； 以锡为基的某些合金，如Sn-Co、Sn-Ni和Sn-Ni-x(x为Zn 、Cd等金属)合金等，镀层外观似铬，代替装饰性镀铬。,6.3.1合金电镀的分类,电镀可焊性合金镀层：Sn-Pb(60-40)合金，已在印刷线路板上得到广泛应用。 电镀磁性合金镀层：Co-Ni和Ni-Fe等磁性合金镀层，已在计算机和记录装置上作为记忆元件使用。其他如Co-F
3、e、Co-Cr、Co-W、Ni-Fe-Co和Ni-Co-P等也具有良好的磁性。 4）电镀贵金属合金 主要指电镀以金、银、钯等贵金属为基的合金，如Au-Co、Au-Ni、Au-Ag、Ag-Zn、Ag-Sb（锑）和Pd（钯）-Ni合金等，其中Pd-Ni合金作为代金镀层，用以节约贵金属。这类合金多用在电子元器件上。,3）功能性合金,1）单盐电解液 从简单金属镀液中实现金属的共沉积，如从氯化物体系中电沉积Zn-Ni、 Zn-Fe、 Zn - Co合金。特点成分简单，容易维护，电流效率高，但分散能力和覆盖能力较差。,2）络合物电解液 大多数合金镀层是从络合物电解液中沉积出来的。特点分散能力和覆盖能力好，
4、但镀液成分比较复杂，维护和控制比较麻烦。,3）有机溶剂电解液 有些金属离子，很难从水溶液中共沉积，但在有机溶剂中的沉积电位比在水溶液中更接近，因而容易共沉积，如Al-Mn、Al-Cr、Al-Ni等。,根据电镀液的类型来分：,电镀合金与热熔法得到的合金相比较，具有以下特点：,1）制备新型合金：可获得热熔法制的合金相图上没有的合金相，如Cu- Ni、Sn-Ni合金。,2）非晶态合金：可获得热熔法不能制取的性能优异的非晶态合金，如Ni- P合金和Ni-B合金等，而非金属P和B不能单独从水溶液中电沉积出来。,3）获得在水溶液中难以单独电沉积的金属，如Ni-W合金和Ni-Mo合金中的w 和Mo等,4）易
5、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,-沉积电位（或析出电位）（V）,-平衡电极电位(V),-金属离子在阴极上放电的过电位（V）,（2）合金电沉积的条件 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。 有些金属（如W,Mo等）不能从其盐的水溶液中沉积出来，但可以借助诱导沉积与铁族金属共沉积。 共沉积的两金属的沉积电位须十分接近。 如果相差太大，则电位较正的金属将优先镀
6、出来，甚至完全排斥电位较负金属的析出，这样就不能形成合金镀层。,例如，Pb(-0.126V)与Sn (-0.136V)、Ni (0.25V)与Co(0.277V)、Cu(0.34V)与Bi(0.32V)，它们的标准电极电势比较接近，通常可以从它们的简单盐溶液中实现共沉积。,（3）实现合金共沉积的方法 改变镀液中金属离子的浓度 增大较活泼金属的浓度使它的电位正移，或者降低较贵金属离子的浓度使它的电位负移从而它们的电位接近。 采用络合剂 金属络离子能降低离子的有效浓度，使电位较正金属的平衡电位负移的绝对值大于电位较负的金属。 加入适当的添加剂 有些添加剂能显著地增大或降低阴极极化，改变金属的析出电
7、位。添加剂在阴极表面的阻化作用常带有一定的选择性。一种添加剂可能对几种金属的电沉积起作用，而对另一些金属的电沉积则无效果。,6.3.3共沉积合金镀层的结构类型 主要有四类： （1）机械混合物 形成合金镀层的组元仍保持原来组元的结构和性质，组元间不发生相互作用。如：Sn-Pb、Cd-Zn、Sn-Zn、Cu-Ag等。 （2）固溶体 溶质原子溶入溶剂的晶格中，仍保持溶剂金属的晶格类型。有间隙固溶体和置换固溶体。当从焦磷酸盐溶液中电沉积铜锌合金时，形成铜锌置换固溶体合金。,（3）金属间化合物 金属间化合物是合金各组分间相互发生作用，从而生成一种新相，其晶格类型和性能完全不同于任一组分。 金属间化合物一
8、般可以用分子式来大致表示其组成，但它与普通化合物不同，除离子键和共价键外，金属键也在不同程度上起作用，使这种化合物具有一定程度的金属性质，故称为金属间化合物。例如：铜锡合金(Cu6Sn5)、锡镍合金(Ni3Sn2)等。,（4）非晶态合金 也叫金属玻璃。原子排列无序，没有晶界、位错等晶格缺陷，无偏析现象，具有各相同性。性能与晶体不同，高耐蚀性、高硬度、高导热性、磁性能等。如：Ni-P、Ni-B、Fe-Mo、Co-Re、Ni-W-P、Ni-Fe-P合金等。,6.4 复合电镀 6.4.1复合电镀定义及特点 复合电镀是通过金属电沉积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地夹杂到金属镀层中所形成的特
9、殊镀层。这种制备复合镀层的方法，称为复合电镀（composite plating）。这种技术还被叫做弥散电镀（dipersion plating）,镶嵌电镀（incrustation plating）或分散电镀。,特点： （1）不需要高温即可获得复合镀层 （2）复合电镀的投资少，操作简单、易于控制，成本低，能耗少。 （3）基质金属与固体颗粒的不同的组合，可获得多种多样的复合镀层。 （4）可用廉价的基体材料镀上复合镀层，代替由贵重原材料制造的零部件。经济效益十分显著。,任何金属镀层都可以成为复合镀层的基体材料，但研究和应用得较多的有镍、铜、铁、钴、铬、锌、银、金、铅、镍-磷、镍-硼、镍-铁、铝-
10、锡、铜-锡等。 固体微粒主要有金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等无机化合物分散剂，尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等有机分散剂，石墨等。,Ni-W-P RE-Ni-W-P-SiC,(a) pure Pb electrode,(b) direct current Pb-WC-PANI composite electrode,6.4.2复合镀的条件 （1）粒子在镀液中是充分稳定的 粒子在镀液中要完全润湿，形成分散均匀的悬浮液； 粒子的粒度要适当； 要有适当的搅拌，这既是保持微粒均匀悬浮的必要措施，也是使粒子高效率输送到阴极表面并与阴极碰撞的必要条件。 （2）镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于粒
11、子吸附阳离子表面活性剂及金属离子。,6.4.3复合电镀的机理,（1）吸附机理：首先是携带着离子与溶剂分子膜的微粒吸附在电极表面上，形成弱吸附。然后脱去它所吸附的离子和溶剂分子膜，与阴极表面直接接触，形成不可逆的的电化学吸附，成为强吸附。在金属电沉积过程中，将强吸附的微粒嵌入镀层。,（2）机械截留（俘获）机理：是通过搅拌使镀液中的微粒悬浮起来，使微粒有机会停留在阴极表面，被电沉积的金属嵌入镀层中。,（3）电化学机理：固体颗粒本身不带电，但它可以静电吸附溶液中的正离子，在电场作用下，随着这些正离子一起向阴极运动，在阴极双电层就会发生微粒的电泳迁移，夹杂在金属离子还原而沉积的镀层中，从而形成复合镀层
12、。,6.5非晶态电镀,非晶态电镀： 用电沉积的方法来制取非晶态合金镀层 结构特征（长程无序，短程有序） 组织结构特殊性,优异特性：高强度，高耐蚀性，高透磁率，超导性，化学选择性。,6.5.1 非晶态合金镀层的性能,耐蚀性,力学性能,磁性,软磁性镀层：包括具有20-50奥斯特磁矫顽力的Ni-Fe合金镀层，可用于制做计算机存储器件 硬磁性镀层 ：磁矫顽力约200奥斯特以上，常用的有Cu-P等,Ni-P非晶体合金镀层具有较高的强度和硬度，特别是Cr-C非晶态超硬度合金镀层，与普通的硬铬层相比，其硬度更高，耐磨性更优异。,均匀的单相无晶体缺陷均匀的钝化膜耐蚀性提高 Ni-P非晶体合金 Ni镀层，耐蚀性
13、随P含量的增加而提高,6.5.2非晶态电镀的沉积原理 电镀非晶态是一种非晶体的镀膜方法，实质上属于合金电镀的范畴。它的电镀过程与普通的晶态电镀有其相同的规律，也有一些不同的特点。由于非晶态电沉积涉及化学、电化学、冶金、物理等一系列过程，因此很难提出统一的看法和机理。,过电位大则晶核临界半径小，形核率也多。晶核的临界尺寸愈小，当晶核的临界尺寸很小时，就得到非晶态结构。,非晶态合金镀层的组成其成分范围在共晶点附近，才能非晶态结构。如 Ni-P合金镀层，当P（质量分数）时为非晶态镀层。,异种原子的亲和力比同种原子相互凝聚的作用更强，镀层成为异种原子随机结合的结构，原子尺寸不同，排列不整齐，成为非晶态
14、镀层。,与液态急冷等物理方法相比较，电镀法制备非晶态合金具有以下优点：,1、镀层结构可连续变化，即非晶结构晶态结构 2、改变电沉积条件，可以制备不同组成的非晶态合金镀层。 3、可以制作大面积及形状复杂的非晶态合金。 4、可以在非金属基材上得到非晶态合金 5、适于连续作业和批量生产。,6.6.1电刷镀定义及特点 定义：电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用渡槽，只需在不断供电解液的条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，即可获得电镀层。 特点： 设备工艺简单，操作方便，不需要大的渡槽设备。 镀层种类多，与基结合力强，力学性能好 沉积速度快，生产效率高 刷镀液不含氰化物和剧毒药品，操作安全污染小。 但存
15、在劳动强度大，消耗阳极包缠材料等缺点。,6.6电刷镀,6.6.2工作设备及原理： 电刷镀设备由专用直流电源、镀笔及供液、集液装置组成。 （1）安全轻便的电源设备 一台电刷镀电源通常由强电电路、弱电电路和过载保护电路三部分构成。 电刷镀电源外观示意图,（2）形状多样的镀笔 镀笔是电刷镀的专用工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成。由于零件形状各异，所以镀笔笔身的形状必然多种多样，以便与零件表面形状更好地吻合。镀笔的基本结构见下图。,阳极形状：根据被镀零件的表面形状，阳极可以加工成不同形状：圆柱、圆棒、月牙、长方、半圆、细棒和扁条等。 （3）灵活多变的供液、集液装置： 刷镀时，根据被镀零件的大小
16、，可以采用不同的方式给镀笔供液，如蘸取式、浇淋式和泵液式。,（4） 电刷镀原理 。,镀笔为阳极，电源的负极接零件，零件为阴极。 操作者手持镀笔，蘸满镀液，以一定的相对运动在零件表面上刷拭，并保持适当的压力。 镀液中的金属离子在电场力的作用下，扩散到零件表面，获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层。 随着刷镀时间的增长，镀层增厚。,6.6.3电刷镀的应用： 零件修复及制造 （1）填补零件表面的划伤沟槽、压坑 （2）恢复磨损零件的尺寸精度和几何形状精度 （3）补救加工超差产品 零件强化： 提高耐磨性延长寿命 提高零件表面的耐高温性能 提高零件表面的钎焊性 提高零件表面的导电性 减小零件表面的摩擦因数 提高零件表面的防腐性 精饰零件表面,典型应用1、火力发电机组电机转子的修复 火力发电机转子轴承部位经长期高速运转，轴颈部位有严重拉伤，深约1-3mm。 采用刷镀技术，把镀层填充至高于原尺寸约0.2mm，然后通过精修研磨抛光使镀层达到尺寸精度，一般刷镀
