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电镀和化学镀电镀和化学镀 第七章第七章 7.1 7.1 电镀的基本原理电镀的基本原理 电镀是金属电沉积技术之一，是通过电解电镀是金属电沉积技术之一，是通过电解 方法在固体表面上获得金属沉积层的过程方法在固体表面上获得金属沉积层的过程 ，其目的在于改变固体材料的表面特性，其目的在于改变固体材料的表面特性， 改善外观，提高耐蚀、抗磨损、减摩性能改善外观，提高耐蚀、抗磨损、减摩性能 ，或制取特定成分和性能的金属覆层，提，或制取特定成分和性能的金属覆层，提 供特殊的电、磁、光、热等表面特性和其供特殊的电、磁、光、热等表面特性和其 它物理性能等。它物理性能等。 7.1 7.1 电镀的基本原理电镀的基本原理 般来说，阴极上金属电沉积的过程是由下列步般来说，阴极上金属电沉积的过程是由下列步 骤组成的：骤组成的： (1) (1) 传质步骤传质步骤 在电解液中的预镀金属的离子或它们在电解液中的预镀金属的离子或它们 的络离子由于浓度差而向阴极的络离子由于浓度差而向阴极( (工件工件) )表面或表面表面或表面 附近迁移；附近迁移； (2) (2) 表面转化步骤表面转化步骤 金属离子或其络离子在电极表面金属离子或其络离子在电极表面 上或表面附近的液层中发生还原反应的步骤，如上或表面附近的液层中发生还原反应的步骤，如 络离子配位体的变换或配位数的降低；络离子配位体的变换或配位数的降低； (3) (3) 电化学步骤电化学步骤 金属离子或络离子在阴极上得到电金属离子或络离子在阴极上得到电 子，还原成金属原子；子，还原成金属原子； (4) (4) 新相生成步骤新相生成步骤 即生成新相，如生成金属或合金即生成新相，如生成金属或合金 . . 7.1 7.1 电镀的基本原理电镀的基本原理 电镀槽中有两个电极，一般工电镀槽中有两个电极，一般工 件作为阴极，电源接通后便在件作为阴极，电源接通后便在 两极间建立起电场，在电场作两极间建立起电场，在电场作 用下金属离子或络离子向阴极用下金属离子或络离子向阴极 迁移，并在靠近阴极表面处形迁移，并在靠近阴极表面处形 成所谓的双电层，此时阴极附成所谓的双电层，此时阴极附 近离子浓度低于远离阴极区域近离子浓度低于远离阴极区域 的离子浓度，从而导致离子的的离子浓度，从而导致离子的 远距离迁移。金属离子或络离远距离迁移。金属离子或络离 子释放掉络合物，通过双电层子释放掉络合物，通过双电层 而到达阴极表面放电发生还原而到达阴极表面放电发生还原 反应生成金属原子。反应生成金属原子。 7.1 7.1 电镀的基本原理电镀的基本原理 在水溶液和有机溶液中进行的电镀称为湿在水溶液和有机溶液中进行的电镀称为湿 法电镀法电镀; ; 在熔融盐中进行的电镀称为熔融盐电镀；在熔融盐中进行的电镀称为熔融盐电镀； 7.1 7.1 电镀的基本原理电镀的基本原理 镀层按镀层的性能分为三类：镀层按镀层的性能分为三类： (1) (1) 防护性镀层防护性镀层 镀锌及锌合金，镀镉等；镀锌及锌合金，镀镉等； (2) (2) 防护装饰性镀层防护装饰性镀层 多层镍多层镍+铬，钢铬，钢+镍镍+铬铜铬铜 +锡锡+铬镍铬镍+铜铜+镍镍+铬等；铬等； (3) (3) 功能性镀层功能性镀层 耐磨减摩耐磨减摩 吸热反光吸热反光 抗氧耐酸抗氧耐酸 改改 善钎焊性善钎焊性 导电性导电性 电镀层必须满足的三个条件：电镀层必须满足的三个条件： 1) 1) 基体金属结合牢固，附着力好；基体金属结合牢固，附着力好； 2) 2) 镀层完整，结晶细致，孔隙少；镀层完整，结晶细致，孔隙少； 3) 3) 镀层厚度分布均匀。镀层厚度分布均匀。 7 72 2 电镀溶液的基本组成电镀溶液的基本组成 析出金属的易溶于水的盐类，称为主盐；析出金属的易溶于水的盐类，称为主盐； 能与析出的金属离子形成络盐的成分；能与析出的金属离子形成络盐的成分； 提高镀液导电性的盐类；提高镀液导电性的盐类； 能保持溶液的能保持溶液的PHPH值在要求范围内的缓冲剂；值在要求范围内的缓冲剂； 有利于阳极溶解的助溶阴离子；有利于阳极溶解的助溶阴离子； 影响金属离子在阴极上析出的成分影响金属离子在阴极上析出的成分添加剂；添加剂； 电流效率电流效率 分散能力分散能力 深镀能力深镀能力 整平能力整平能力 在特定条件下镀液使镀件表面镀层分布更加均匀在特定条件下镀液使镀件表面镀层分布更加均匀 的能力；的能力； 分散能力分散能力 镀液所具有的能使镀层的轮廓比底层更平滑的能镀液所具有的能使镀层的轮廓比底层更平滑的能 力；力； 平滑能力平滑能力 在特定条件下镀液使镀件表面镀层分布更在特定条件下镀液使镀件表面镀层分布更 加均匀的能力；加均匀的能力； 分散能力分散能力 镀液所具有的能使镀层的轮廓比底层更平镀液所具有的能使镀层的轮廓比底层更平 滑的能力；滑的能力； 平滑能力平滑能力 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 1)1)挂镀挂镀 挂镀是电镀生产中最常用挂镀是电镀生产中最常用 的一种方式。挂镀是将零件的一种方式。挂镀是将零件 悬挂于用导电性能良好的材悬挂于用导电性能良好的材 料制成的挂具上料制成的挂具上, , 然后浸没然后浸没 于欲镀金属的电镀溶液中作于欲镀金属的电镀溶液中作 为阴极，在两边适当的距离为阴极，在两边适当的距离 放置阳极，通电后使金属离放置阳极，通电后使金属离 子在零件表面沉积的一种电子在零件表面沉积的一种电 镀方法。镀方法。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 2) 2) 滚镀滚镀 滚镀是电镀生产中的另一种常滚镀是电镀生产中的另一种常 用方法。它是将欲镀零件置于多角用方法。它是将欲镀零件置于多角 形的滚筒中，依靠零件自身的重量形的滚筒中，依靠零件自身的重量 来接通阴极，在滚简转动的过程中来接通阴极，在滚简转动的过程中 实现金属电沉积的。实现金属电沉积的。 与挂镀相比，滚镀最大的优点是与挂镀相比，滚镀最大的优点是 节省劳动力，提高生产效率。设备节省劳动力，提高生产效率。设备 维修费用少且占地面积小，镀件镀维修费用少且占地面积小，镀件镀 层的均匀性好。但是，滚镀的使用层的均匀性好。但是，滚镀的使用 范围受到限制。镀件不宜太大和太范围受到限制。镀件不宜太大和太 轻；单件电流密度小，电流效率低轻；单件电流密度小，电流效率低 , , 槽电压高、槽液温升快、镀液带出槽电压高、槽液温升快、镀液带出 量大。量大。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 3 3）刷镀）刷镀 电刷镀技术采用一专用的直流电刷镀技术采用一专用的直流 电源设备，电源的正极接镀笔，作电源设备，电源的正极接镀笔，作 为刷镀时的阳极，电源的负极接工为刷镀时的阳极，电源的负极接工 件，作为刷读镀时的阴极。镀笔通件，作为刷读镀时的阴极。镀笔通 常采用高纯细石墨块作阳极材料，常采用高纯细石墨块作阳极材料， 石墨块外面包裹上棉花和耐磨的涤石墨块外面包裹上棉花和耐磨的涤 棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以棉套。刷镀时使浸满镀液的镀笔以 一定的相对运动速度在工件表面上一定的相对运动速度在工件表面上 移动，并保持适当的压力。在镀笔移动，并保持适当的压力。在镀笔 与工件接触的部位，镀液中的金属与工件接触的部位，镀液中的金属 离子在电场力的作用下扩散到工件离子在电场力的作用下扩散到工件 表面并在工件表面获得电子被还表面并在工件表面获得电子被还 原成金属原子，这些金属原子在工原成金属原子，这些金属原子在工 件表面沉积结晶，形成镀层。随着件表面沉积结晶，形成镀层。随着 刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚。刷镀时间的增长，镀层逐渐增厚。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 电刷镀技术的特点：电刷镀技术的特点： (1)(1)设备特点设备特点 电刷镀设备简单，体积小、重量轻，多为便携式或可移电刷镀设备简单，体积小、重量轻，多为便携式或可移 动式，使于现场使用或进行野外抢修。动式，使于现场使用或进行野外抢修。 电刷镀不需要镀电刷镀不需要镀 槽，也不需要挂具，与槽镀相比较，设备量大大减少，槽，也不需要挂具，与槽镀相比较，设备量大大减少， 因而对场地设施的要求大大降低。因而对场地设施的要求大大降低。 一套设备可以完成多个镀种的刷镀。一套设备可以完成多个镀种的刷镀。 镀笔镀笔( (阳极阳极) )材料主要采用高纯细石墨，是不溶性阳极。材料主要采用高纯细石墨，是不溶性阳极。 石墨的形状可根据需要制成各种样式，以适应被镀工件石墨的形状可根据需要制成各种样式，以适应被镀工件 表面形状为宜。刷镀某些镀液时，也可以采用金属材料表面形状为宜。刷镀某些镀液时，也可以采用金属材料 作阳极。作阳极。 电刷镀设备的用电量、用水量比槽镀少很多，可以节约电刷镀设备的用电量、用水量比槽镀少很多，可以节约 能源、资源。能源、资源。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 (2)(2)镀液特点镀液特点 电刷镀溶液大多数是金属有机络合物水溶液，络合物一般电刷镀溶液大多数是金属有机络合物水溶液，络合物一般 在水中溶解度大，并且稳定性好。因而镀液中金属离子含在水中溶解度大，并且稳定性好。因而镀液中金属离子含 量通常比槽镀高几倍到几十倍。量通常比槽镀高几倍到几十倍。 不同镀液有不同的颜色，透明清晰，没有浑浊或沉淀现象不同镀液有不同的颜色，透明清晰，没有浑浊或沉淀现象 ，便于鉴别。，便于鉴别。 镀液性能稳定，使用范围较宽，在使用过程中不必调整金镀液性能稳定，使用范围较宽，在使用过程中不必调整金 属离于浓度。属离于浓度。 不燃、不爆、无毒性，大多数镀液接近中性，腐蚀性小，不燃、不爆、无毒性，大多数镀液接近中性，腐蚀性小， 因而具有安全可靠，便于运输和储存等优点。除金、银等因而具有安全可靠，便于运输和储存等优点。除金、银等 个别镀液外均不采用有毒的结合剂和添加剂。现已研制出个别镀液外均不采用有毒的结合剂和添加剂。现已研制出 无氰金镀液。无氰金镀液。 镀液固化技术和固体制剂的研制成功镀液固化技术和固体制剂的研制成功, ,便于运输便于运输, , 保管。保管。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 (3)(3)工艺特点工艺特点 电刷镀区别于电镀电刷镀区别于电镀( (槽镀槽镀) )的最大工艺特点是镀笔与工件必的最大工艺特点是镀笔与工件必 须保持一定的相对运动速度。由于镀笔与工件有相对运动须保持一定的相对运动速度。由于镀笔与工件有相对运动 ，散热条件好，在使用大电流密度刷镀时，不易使工件产，散热条件好，在使用大电流密度刷镀时，不易使工件产 生过热现象。其镀层的形成是一个断续结晶过程，镀液中生过热现象。其镀层的形成是一个断续结晶过程，镀液中 的金属离子只是在镀笔与工件接触部位放电还原结晶。镀的金属离子只是在镀笔与工件接触部位放电还原结晶。镀 笔的移动限制了晶粒的长大和排列，因而镀层中存在大量笔的移动限制了晶粒的长大和排列，因而镀层中存在大量 的超细晶粒和高密度的位错，这是镀层强化的重要原因。的超细晶粒和高密度的位错，这是镀层强化的重要原因。 镀液能随镀笔及时供送到工件表面，大大缩短了金属离子镀液能随镀笔及时供送到工件表面，大大缩短了金属离子 扩散过程，不易产生金属离子贫乏现象。加上镀液中金属扩散过程，不易产生金属离子贫乏现象。加上镀液中金属 离子含量很高，允许使用比槽镀大得多的电流密度，因而离子含量很高，允许使用比槽镀大得多的电流密度，因而 镀层的沉积速度快。镀层的沉积速度快。 使用手工操作，方便灵活，尤其对于复杂型面，凡是镀笔使用手工操作，方便灵活，尤其对于复杂型面，凡是镀笔 能触及到的地方均可镀上。非常适用于大设备的不解体现能触及到的地方均可镀上。非常适用于大设备的不解体现 场修理场修理。 7.3 7.3 电镀的实施方式电镀的实施方式 4)4)连续电镀连续电镀 连续电镀主要用于薄板、金属丝和带连续电镀主要用于薄板、金属丝和带 的电镀在工业上有着极其重要的地位。镀的电镀在工业上有着极其重要的地位。镀 锡钢板、镀锌薄板和钢带，电子元器件引锡钢板、镀锌薄板和钢带，电子元器件引 线、镀锌铁丝等的生产都采用连续电镀技线、镀锌铁丝等的生产都采用连续电镀技 术。连续电镀有三种进行方式：垂直浸入术。连续电镀有三种进行方式：垂直浸入 式、水平运动式和盘绕式其工作原理见式、水平运动式和盘绕式其工作原理见 图。垂直浸入式节省空间，但起动时操作图。垂直浸入式节省空间，但起动时操作 难度较大；水平运动式操作方便但设备难度较大；水平运动式操作方便但设备 占地面积大，维修量大；盘绕式占地面积占地面积大，维修量大；盘绕式占地面积 小，但小，但次只能加工一根金属丝。次只能加工一根金属丝。 连续电镀时金属丝或带在镀槽中连续连续电镀时金属丝或带在镀槽中连续 通过，电镀时间较短。因此，要求镀液允通过，电镀时间较短。因此，要求镀液允 许使用的电流密度高、导电性好、沉积速许使用的电流密度高、导电性好、沉积速 度快、镀液各成分变化不显著和对杂质不度快、镀液各成分变化不显著和对杂质不 敏感等。敏感等。 7 74 4 电镀的工艺过程电镀的工艺过程 电镀的工艺过程包括镀前处理、电镀、镀后处理电镀的工艺过程包括镀前处理、电镀、镀后处理 三大步。三大步。 镀前处理镀前处理包括抛光或打磨、脱脂、除锈、活化等包括抛光或打磨、脱脂、除锈、活化等 多道工序，镀前处理质量直接影响到镀层与基体多道工序，镀前处理质量直接影响到镀层与基体 间的结合力和镀层的完整性。间的结合力和镀层的完整性。镀后处理镀后处理则关系到则关系到 镀层的防护性和装饰性效果；镀后处理包括钝化镀层的防护性和装饰性效果；镀后处理包括钝化 和浸膜和浸膜. . 钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧 化物膜，使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的化物膜，使镀层金属与空气隔绝，以提高镀层的 防护性和装饰性。浸膜是在镀后的零件表面浸涂防护性和装饰性。浸膜是在镀后的零件表面浸涂 一层有机或无机高分子膜，以提高镀层的防护性一层有机或无机高分子膜，以提高镀层的防护性 和装饰性和装饰性 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 1.1.镀液的影响镀液的影响 依据金属离子的存在形式可把电镀溶液依据金属离子的存在形式可把电镀溶液 分为简单镀液和络合物镀液。分为简单镀液和络合物镀液。 主要金属离子为简单离子的镀液，其阴极主要金属离子为简单离子的镀液，其阴极 极化作用不大，镀层的结晶较粗。镀液的极化作用不大，镀层的结晶较粗。镀液的 分散能力较差；分散能力较差； 络合物镀液阴极极化作用较大，所得镀层络合物镀液阴极极化作用较大，所得镀层 结晶细致紧密镀液的分散能力也较好。结晶细致紧密镀液的分散能力也较好。 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的镀液中的主盐浓度高时，电沉积过程中的 浓差极化小，晶核形成速度降低，所得镀浓差极化小，晶核形成速度降低，所得镀 层晶较粗；这种影响在简单盐镀液中尤为层晶较粗；这种影响在简单盐镀液中尤为 明显。主盐浓度过低时，尽管对提高镀液明显。主盐浓度过低时，尽管对提高镀液 的分散能力有利，但镀液允许的电流密度的分散能力有利，但镀液允许的电流密度 小。镀液中的导电盐可提高其导电性。增小。镀液中的导电盐可提高其导电性。增 加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利加阴极极化，对获得结晶细致的镀层有利 。 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 在生产过程中由于零件的进出而带入水、带出在生产过程中由于零件的进出而带入水、带出 溶液、阴极和阳极上的化学反应导致溶液中各主溶液、阴极和阳极上的化学反应导致溶液中各主 要成分间的比例、镀液的要成分间的比例、镀液的pHpH值、添加剂的含量等值、添加剂的含量等 在不断变化阳极和阴极非导电区的溶解造成镀在不断变化阳极和阴极非导电区的溶解造成镀 液中杂质离子的不断积累，这些因素都会对镀层液中杂质离子的不断积累，这些因素都会对镀层 的性能产生不利影响，因而对电镀溶液要加强维的性能产生不利影响，因而对电镀溶液要加强维 护与管理；特别是要定期分析和调整各组分的含护与管理；特别是要定期分析和调整各组分的含 量，对溶液采取连续过滤、定期分析和除杂处理量，对溶液采取连续过滤、定期分析和除杂处理 。 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 2.2.电镀规范的影响电镀规范的影响 镀液温度；电流密度镀液温度；电流密度 升高镀液温度有利于提高离子的扩散速度、加升高镀液温度有利于提高离子的扩散速度、加 快向放电形式的转化，因而将使镀层晶粒变粗快向放电形式的转化，因而将使镀层晶粒变粗 。 提高电流密度、必然增大阴极极化作用使镀提高电流密度、必然增大阴极极化作用使镀 层致密，沉积速度加快，但过高的浓差极化会层致密，沉积速度加快，但过高的浓差极化会 导致边角部位镀层变粗乃致烧焦。导致边角部位镀层变粗乃致烧焦。 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 3.3. 析氢的影响析氢的影响 在任何在任何种电解液中，在金属电沉积的同时都种电解液中，在金属电沉积的同时都 存在有氢离子的放电并析出氢气，析出的氢有存在有氢离子的放电并析出氢气，析出的氢有 时会进入镀层或基体金属体内。使金属的晶格时会进入镀层或基体金属体内。使金属的晶格 歪扭。内应力增大，从而导致镀层脱落或使镀歪扭。内应力增大，从而导致镀层脱落或使镀 件脆裂；件脆裂； 吸附在基体金属内的氢，在镀件的存放或使用吸附在基体金属内的氢，在镀件的存放或使用 过程中，由于环境温度的升高会慢慢从基体过程中，由于环境温度的升高会慢慢从基体 中释放出来而导致镀层鼓泡。而氢气在阴极上中释放出来而导致镀层鼓泡。而氢气在阴极上 析出时，经常呈气泡状粘附在阴极的表面，从析出时，经常呈气泡状粘附在阴极的表面，从 而阻止金属在这些地方的沉积，产生针孔。而阻止金属在这些地方的沉积，产生针孔。 7 75 5 影响镀层质量的因素影响镀层质量的因素 4.4. 基体金属的影响基体金属的影响 基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密 切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电切相关。在某些电解液中，如果基体金属的电 位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不位负于镀层金属，若不用其它镀层过渡，就不 容易获得结合力良好的镀层：容易获得结合力良好的镀层： 铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且铸造件和粉末冶金件的表面往往是凹凸不平且 多孔的，零件内孔易积留预处理的溶液、镀件多孔的，零件内孔易积留预处理的溶液、镀件 表面经过一段时间会出现黑色的斑点。表面经过一段时间会出现黑色的斑点。 此外、零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底，此外、零件在电镀前的脱脂、除锈是否彻底， 也将严重影响镀层的性能也将严重影响镀层的性能. . 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 单金属电镀是指镀液中只含有一种金属离单金属电镀是指镀液中只含有一种金属离 子，镀后形成单一金属镀层的方法。常用子，镀后形成单一金属镀层的方法。常用 的单金属电镀主要有镀锌、镀铜、镀镍、的单金属电镀主要有镀锌、镀铜、镀镍、 镀铬、镀锡和镀镉等，不仅可作为钢铁机镀铬、镀锡和镀镉等，不仅可作为钢铁机 件等的防腐，还具有装饰功能和改善可焊件等的防腐，还具有装饰功能和改善可焊 性的特性。性的特性。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 一、镀锌一、镀锌 锌的标准电极电位为锌的标准电极电位为-0-076v76v，对钢铁基体来，对钢铁基体来 说锌镀层属于阳极性镀层、主要用于防止钢铁说锌镀层属于阳极性镀层、主要用于防止钢铁 的腐蚀。电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀的腐蚀。电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀 锌两类。氰化物镀锌的特点是溶液均镀能力好锌两类。氰化物镀锌的特点是溶液均镀能力好 ，镀后光滑细致，应用较广，镀液分微氰、低，镀后光滑细致，应用较广，镀液分微氰、低 氰、中氰和高氰几种。但由于氰化物属剧毒物氰、中氰和高氰几种。但由于氰化物属剧毒物 ，近年来已趋向来用微氰和无氰镀液。无氰镀，近年来已趋向来用微氰和无氰镀液。无氰镀 液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液液有碱性锌酸盐镀液、铵盐镀液、硫酸盐镀液 及无铵氯化物镀液等。及无铵氯化物镀液等。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 1 1碱性氰化物镀锌碱性氰化物镀锌 碱性氰化物镀锌的镀层结晶细致、光泽好碱性氰化物镀锌的镀层结晶细致、光泽好 ，镀液的均镀能力和深镀能力均好，允许，镀液的均镀能力和深镀能力均好，允许 使用的电流密度和温度范围较宽，对设备使用的电流密度和温度范围较宽，对设备 腐蚀性小。适用于电镀形状复杂和镀层厚腐蚀性小。适用于电镀形状复杂和镀层厚 度度20m20m以上的零件，但镀液的电流效率较以上的零件，但镀液的电流效率较 低并且有剧毒。低并且有剧毒。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 镀液配制及电镀过程中应注意以下几点：镀液配制及电镀过程中应注意以下几点： 严格控制镀液中各成分的浓度范围。严格控制镀液中各成分的浓度范围。 注意镀液中氰化物、氢氧化钠与空气有关注意镀液中氰化物、氢氧化钠与空气有关 成分的反应。成分的反应。 阳极使用锌板阳极使用锌板( (含锌量含锌量999997%)97%)时应注意时应注意 用阳极套，防止阳极泥渣悬浮在镀液中，用阳极套，防止阳极泥渣悬浮在镀液中， 使镀层粗糙。使镀层粗糙。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 2 2碱性锌酸盐镀锌碱性锌酸盐镀锌 碱性锌酸盐镀锌的镀液成分简单，使用方碱性锌酸盐镀锌的镀液成分简单，使用方 便，镀层细致光亮，钝化膜不易变色，对便，镀层细致光亮，钝化膜不易变色，对 设备腐蚀性小废水处理也比较容易。但设备腐蚀性小废水处理也比较容易。但 镀液的均镀能力和深镀能力较氰化物镀液镀液的均镀能力和深镀能力较氰化物镀液 差，电流效率低差，电流效率低(70(70一一8080) )，镀层超过，镀层超过 一定厚度时脆件增加。一定厚度时脆件增加。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 镀液配制及电镀时应注意：镀液配制及电镀时应注意： 必须严格控制对镀层质量影响较大的铅、必须严格控制对镀层质量影响较大的铅、 铁、铜等杂质含量。铁、铜等杂质含量。 定期分析锌和氢氧化钠的含量。一般挂镀定期分析锌和氢氧化钠的含量。一般挂镀 应控制氢氧化钠应控制氢氧化钠: :锌锌( (重量比重量比) )1010：1 1，滚，滚 镀控制氢氧化钠：锌镀控制氢氧化钠：锌( (重量比重量比)=l2:1)=l2:1。 该工艺使用的阳极板面积应比氰化镀锌大该工艺使用的阳极板面积应比氰化镀锌大 一些。一些。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 二、镀铜二、镀铜 镀铜层是一种重要的预镀层，用以提高镀铜层是一种重要的预镀层，用以提高 镀层的结合强度也是一种重要的中间镀层的结合强度也是一种重要的中间 镀层，可提高钢铁件的耐蚀性和塑料的镀层，可提高钢铁件的耐蚀性和塑料的 抗热冲击性能等。抗热冲击性能等。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 三、镀镍三、镀镍 镍是银白微黄的金属，具有铁磁性。镍的相对镍是银白微黄的金属，具有铁磁性。镍的相对 原子质量为原子质量为58587 7，密度为，密度为8 89g9gcm3cm3，标，标 淮电极电位为淮电极电位为-0-025V25V，在空气中镍表面极易，在空气中镍表面极易 形成一层极薄的钝化膜，因而具有极高的化学形成一层极薄的钝化膜，因而具有极高的化学 稳定性，常温下，镍能很好地防止大气、水、稳定性，常温下，镍能很好地防止大气、水、 碱液的侵蚀；在碱、盐和有机酸中稳定在硫酸碱液的侵蚀；在碱、盐和有机酸中稳定在硫酸 和盐酸中溶解缓慢，易溶于稀硝酸中。和盐酸中溶解缓慢，易溶于稀硝酸中。 镍的标准电极电位比铁正，且表面钝化后的电镍的标准电极电位比铁正，且表面钝化后的电 极电位更正。镍镀层属阴极性保护层，对底金极电位更正。镍镀层属阴极性保护层，对底金 属仅能起机械保护作用。但镀层多孔，常常与属仅能起机械保护作用。但镀层多孔，常常与 其它金属镀层组成多层组合体系，用作底层或其它金属镀层组成多层组合体系，用作底层或 中间层，如中间层，如CuCuNiNiCrCr、 NiNiCuCuNi/CrNi/Cr 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 四、镀铬四、镀铬 铬是最重要的防护装饰性镀层之一，镀铬是最重要的防护装饰性镀层之一，镀 层具有很高的硬度和耐磨件，常用于零层具有很高的硬度和耐磨件，常用于零 件修复或易磨损件的电镀。件修复或易磨损件的电镀。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 1 1 普通镀铬普通镀铬 普通镀铬镀层光亮抛光性能较好溶液对设备的腐蚀性普通镀铬镀层光亮抛光性能较好溶液对设备的腐蚀性 较小，受铁杂质的影响也较小，溶液易维护，应用最广。较小，受铁杂质的影响也较小，溶液易维护，应用最广。 主要用于装饰，镀层极易钝化。对钢基体而言，铬镀层为主要用于装饰，镀层极易钝化。对钢基体而言，铬镀层为 阴极性镀层，仅能起机械保护作用。普通镀铬配方及电镀阴极性镀层，仅能起机械保护作用。普通镀铬配方及电镀 工艺规范见表。工艺规范见表。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 2 2镀硬铬镀硬铬 镀硬铬是在各种基体材料上镀较厚的铬层镀层厚度一般镀硬铬是在各种基体材料上镀较厚的铬层镀层厚度一般 在在20m20m以上。由于镀层较厚，能发挥镀铬层硬度高、耐以上。由于镀层较厚，能发挥镀铬层硬度高、耐 磨的特点，没有穿透腐蚀的问题，但可能遭受应力腐蚀。磨的特点，没有穿透腐蚀的问题，但可能遭受应力腐蚀。 镀硬铬液配制及电镀工艺规范见表。镀硬铬液配制及电镀工艺规范见表。 7.6 7.6 常用单金属电镀常用单金属电镀 五、镀锡五、镀锡 食品食品 钎焊钎焊 六、镀银六、镀银 装饰装饰 焊接性焊接性 接触电阻接触电阻 七、镀金七、镀金 耐蚀耐蚀 导电抗高温导电抗高温 导电导电 装饰装饰 7.77.7合金电镀合金电镀 在一种溶液中，两种或两种以上金属离子在一种溶液中，两种或两种以上金属离子 在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过在阴极上共沉积，形成均匀细致镀层的过 程叫做合金电镀；程叫做合金电镀； 性能远优于单金属电镀；性能远优于单金属电镀； 合金镀层最少组分的质量分数应在合金镀层最少组分的质量分数应在1%1%以上以上 ； 二元合金电镀，少量三元合金电镀。二元合金电镀，少量三元合金电镀。 A.A.合金合金电镀电镀电镀电镀 的特点的特点 与与热热热热冶金合金相比，冶金合金相比，电镀电镀电镀电镀 合金具有如下主要合金具有如下主要 特点特点： 容易容易获获获获得高熔点与低熔点金属得高熔点与低熔点金属组组组组成的合成的合 金，如金，如SnSn-Ni-Ni合金。合金。 可可获获获获得得热热热热熔相熔相图图图图没有的合金，如没有的合金，如 铜铜铜铜 锡锡锡锡合金。合金。 容易容易获获获获得得组织组织组织组织 致密、性能致密、性能优优优优异的非晶异的非晶态态态态 合金，如合金，如NiNiP P合金。合金。 在相同合金成分下，在相同合金成分下，电镀电镀电镀电镀 合金与合金与热热热热熔合熔合 金比，硬度高，延展性差，如金比，硬度高，延展性差，如NiNiP P、CoCo P P合金。合金。 A.A.合金合金电镀电镀电镀电镀 的特点的特点 与与单单金属金属镀层镀层 相比，合金相比，合金镀层镀层 有如下主要特点：有如下主要特点： 能能获获得得单单一金属所没有的特殊物理性能，如一金属所没有的特殊物理性能，如 导导磁性、减磨性（自磁性、减磨性（自润润滑性）、滑性）、钎焊钎焊 性。性。 合金合金镀层结镀层结 晶更晶更细细致，致，镀层镀层 更平整，光亮更平整，光亮 。 可以可以获获得非晶得非晶结结构构镀层镀层 。 合金合金镀层镀层 可具可具备备比比组组成他成他们们的的单单金属金属层层更更 耐磨、耐耐磨、耐蚀蚀，更耐高温，并有更高硬度和，更耐高温，并有更高硬度和强强度度 ，但延展性和，但延展性和韧韧性通常有所降低。性通常有所降低。 A.A.合金合金电镀电镀电镀电镀 的特点的特点 不能从水溶液中不能从水溶液中单单独独电镀电镀 的的 W,Mo,Ti,VW,Mo,Ti,V等金属可与等金属可与铁铁族元素（族元素（ Fe,Co,NiFe,Co,Ni）共沉）共沉积积形成合金。形成合金。 能能获获得得单单一金属得不到的外一金属得不到的外观观。通。通 过过成分成分设计设计 和工和工艺艺控制，可得到不同控制，可得到不同 色色调调的合金的合金镀层镀层 （如（如AgAg合金，彩色合金，彩色镀镀 NiNi及仿金合金等）具有更好的装及仿金合金等）具有更好的装饰饰效效 果果。 B.B.合金电镀的基本原理合金电镀的基本原理 研究不充分研究不充分 沉沉积积积积合金的条件合金的条件 : : 1 1）两种金属中至少有一种金属都能单独从其）两种金属中至少有一种金属都能单独从其 盐的水溶液中沉积出来盐的水溶液中沉积出来 。有些金属（如有些金属（如 W,MoW,Mo等）不能从其等）不能从其盐盐的水溶液中沉的水溶液中沉积积出来出来 ，但可以借助，但可以借助诱导诱导 沉沉积积与与铁铁族金属共沉族金属共沉积积 。 B.B.合金电镀的基本原理合金电镀的基本原理 2 2）要使两种金属共沉积，其析出电位要十分）要使两种金属共沉积，其析出电位要十分 接近或相等。接近或相等。 如果相差太大，如果相差太大，则电则电 位位较较正的金属将正的金属将优优先先镀镀 出来，甚至完全排斥出来，甚至完全排斥电电位位较负较负 金属的析出金属的析出 。这样这样 就不能形成合金就不能形成合金镀层镀层 。因此，要使。因此，要使 沉沉积时积时 的的电电位相差位相差较较大的两种或三种金属大的两种或三种金属 共同沉共同沉积积形成合金形成合金镀层镀层 ，就必，就必须须利用各种利用各种 工工艺艺条件使它条件使它们们在沉在沉积时积时 的的电电位互相接近位互相接近. . B.B.合金电镀的基本原理合金电镀的基本原理 标准电位、金属离子浓度、阴极极化 设二金属元素分别为A和B，根据能斯特方程，它们 的析出电位可分别表示为： B.B.合金电镀的基本原理合金电镀的基本原理 所以，要使两种金属析出所以，要使两种金属析出电电位接近，以位接近，以实现实现 金属共沉金属共沉 积积，一般可采用如下方法：，一般可采用如下方法： 1 1）改改变镀变镀变镀变镀 液中金属离子的液中金属离子的浓浓浓浓度：度：增大增大较较活活泼泼金属的金属的浓浓 度使它的度使它的电电位正移，或者降低位正移，或者降低较贵较贵 金属离子的金属离子的浓浓度使度使 它的它的电电位位负负移，从而使它移，从而使它们们的的电电位接近。位接近。 2 2）采用适当的采用适当的络络络络合合剂剂剂剂：采用采用络络合合剂剂是使是使电电位相差位相差较较大大 的金属离子的金属离子实现实现 共沉共沉积积最有效的方法，金属最有效的方法，金属络络离子能离子能 降低离子的有效降低离子的有效浓浓度，但度，但对对两种金属沉两种金属沉积时积时 的极化作的极化作 用有不同的影响，用有不同的影响，对对析出析出电电位位较负较负 不易不易镀镀出的金属，出的金属， 影响影响较较小，而小，而对电对电 位位较较正，容易正，容易镀镀出的金属影响出的金属影响较较大大 ，使它在沉，使它在沉积时积时 的的电电位位变变得更得更负负，变变得不易得不易镀镀出，从出，从 而使两种金属在沉而使两种金属在沉积时积时 的的电电位接近。位接近。 B.B.合金电镀的基本原理合金电镀的基本原理 3)3)采用适合的添加采用适合的添加剂剂剂剂：添加添加剂剂在在镀镀液中的含液中的含 量比量比较较少，一般不影响金属的平衡少，一般不影响金属的平衡电电位，位， 有些添加有些添加剂剂能能显显著地增大或降低阴极极化著地增大或降低阴极极化 ，明，明显显地改地改变变金属的析出金属的析出电电位，从而位，从而对对某某 些金属沉些金属沉积积起作用，使之起作用，使之实现实现 共沉共沉积积。例。例 如添加明胶可使如添加明胶可使铜铜、铝铝离子离子实现实现 共沉共沉积积。 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 （1 1）规则共沉积）规则共沉积 规则共沉积过程的特征是规则共沉积过程的特征是 基本上受扩散控制。电镀参数（包括镀液基本上受扩散控制。电镀参数（包括镀液 组成和工艺条件）通过影响金属离子在阴组成和工艺条件）通过影响金属离子在阴 极扩散层中的浓度变化来影响合金镀层的极扩散层中的浓度变化来影响合金镀层的 组成。因此，可增加镀液中金属的总含量组成。因此，可增加镀液中金属的总含量 ，降低电流密度，提高温度和增强搅拌等，降低电流密度，提高温度和增强搅拌等 增加阴极扩散层中金属离子的浓度的措施增加阴极扩散层中金属离子的浓度的措施 ，都会增加电位较正金属在合金中的含量，都会增加电位较正金属在合金中的含量 。规则共沉积主要出现在单盐镀液中。规则共沉积主要出现在单盐镀液中。 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 （2 2）非规则共沉积）非规则共沉积 非规则共沉积的特征是非规则共沉积的特征是 过程受扩散控制的程度小，主要受阴极电过程受扩散控制的程度小，主要受阴极电 位的控制。在这种共沉积过程中，某些电位的控制。在这种共沉积过程中，某些电 镀参数对合金沉积的影响遵守扩散理论，镀参数对合金沉积的影响遵守扩散理论， 而另一些却与扩散理论相矛盾。与此同时而另一些却与扩散理论相矛盾。与此同时 ，对于合金共沉积的组成影响，各电镀参，对于合金共沉积的组成影响，各电镀参 数表现都不像正则共沉积那样明显。非正数表现都不像正则共沉积那样明显。非正 则共沉积主要出现在采用络合物沉积的镀则共沉积主要出现在采用络合物沉积的镀 液体系。液体系。 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 （3 3）平衡共沉积）平衡共沉积 当两种金属从处于化学平当两种金属从处于化学平 衡的镀液中共沉积时，这种过程称平衡共衡的镀液中共沉积时，这种过程称平衡共 沉积。平衡共沉积的特点是在低电流密度沉积。平衡共沉积的特点是在低电流密度 下（阴极极化不明显）合金沉积层中的金下（阴极极化不明显）合金沉积层中的金 属含量比等于镀液中的金属含量比。只有属含量比等于镀液中的金属含量比。只有 很少几个共沉积过程属于平衡共沉积体系很少几个共沉积过程属于平衡共沉积体系 。 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 （4 4）异常共沉积）异常共沉积 异常共沉积的特点是电位异常共沉积的特点是电位 较负的金属反而优先沉积，它不遵循电化较负的金属反而优先沉积，它不遵循电化 学理论，而在电化学反应过程中还出现其学理论，而在电化学反应过程中还出现其 他特殊控制因素，因而超脱了一般的正常他特殊控制因素，因而超脱了一般的正常 概念，故称异常共沉积。对于给定的镀液概念，故称异常共沉积。对于给定的镀液 ，只有在某种浓度和某种工艺条件下才出，只有在某种浓度和某种工艺条件下才出 现异常共沉积，而在另外的情况下则出现现异常共沉积，而在另外的情况下则出现 其他共析形态。异常共沉积较少见。其他共析形态。异常共沉积较少见。 C.C.合金共沉积的类型合金共沉积的类型 （5 5）诱导共沉积）诱导共沉积 钼、钨和钛等金属不能自钼、钨和钛等金属不能自 水溶液中单独沉积，但可与铁族金属实现水溶液中单独沉积，但可与铁族金属实现 共析，这一过程称诱导共析。同其他共沉共析，这一过程称诱导共析。同其他共沉 积相比较，诱导共沉积更难推测各个电镀积相比较，诱导共沉积更难推测各个电镀 参数对合金组成的影响。通常把能促使难参数对合金组成的影响。通常把能促使难 沉积金属共沉积的铁族金属成为诱导金属沉积金属共沉积的铁族金属成为诱导金属 。 D.D.合金镀层及其应用合金镀层及其应用 研究成功的有研究成功的有240240种；实际应用种；实际应用4040余种；余种； 防护，装饰，功能防护，装饰，功能3 3大类；大类；P140P140 电镀合金类型示例 电镀合金类型 示例 正则共沉积Ag-Pb,Cu-Pb 非正则共沉积Ag-Cd,Cu-Zn 平衡共沉积Pb-Sn,Cu-Bi 异常共沉积Zn-Ni,Fe-Zn 诱导共沉积Ni-W,Co-W 电镀锌合金电镀锌合金 主要有主要有Zn-Ni,Zn-Co,Zn-FeZn-Ni,Zn-Co,Zn-Fe和和Zn-Zn-SnSn等合金等合金; ; 锌合金镀层抗蚀性大大优于锌镀层锌合金镀层抗蚀性大大优于锌镀层; ; 13%Ni13%Ni的的Zn-NiZn-Ni合金镀层是最理想的高抗蚀性合金镀层是最理想的高抗蚀性 镀层镀层, ,抗蚀性是纯锌的抗蚀性是纯锌的5 5倍倍, ,硬度可达硬度可达250-250- 310HV,310HV,较耐磨较耐磨, ,使用温度可达使用温度可达204204 C;C; Zn-CoZn-Co合金具有较高的耐蚀性合金具有较高的耐蚀性, ,耐海洋大气和耐海洋大气和 SOSO 2 2 气体的侵蚀气体的侵蚀, ,是纯锌的是纯锌的3 3倍倍, ,镀层光亮致密镀层光亮致密; ; 25%Zn-25%Zn-SnSn合金对钢铁有良好的阳极保护作合金对钢铁有良好的阳极保护作 用用, ,可替代镀铬可替代镀铬, ,易于焊接易于焊接. . 电镀锡合金电镀锡合金 Sn Sn-Ni-Ni合金镀层致密合金镀层致密, ,外观似亮银外观似亮银, ,在盐水中在盐水中 具有较高的耐蚀性具有较高的耐蚀性, ,含含0.1-0.5%0.1-0.5%的的SnSn-Ni-Ni合金合金 具有特别优异的焊接性和流动性具有特别优异的焊接性和流动性, ,适宜于电适宜于电 子元件的焊接子元件的焊接, ,SnSn- -SbSb合金镀层有良好的韧性合金镀层有良好的韧性 , ,耐蚀性耐蚀性, ,可焊性及抗氧化性可焊性及抗氧化性. .能避免晶须的生能避免晶须的生 长长. . Sn Sn-Co-Co合金镀层色泽类似镀铬层合金镀层色泽类似镀铬层, ,可替代装可替代装 饰性镀铬而主要用于塑料的表面装饰饰性镀铬而主要用于塑料的表面装饰. . 电镀镍合金电镀镍合金 磁性合金薄膜磁性合金薄膜, ,已开发出矫顽力大于已开发出矫顽力大于100100奥斯奥斯 特的特的Ni-FeNi-Fe合金镀层合金镀层 Ni-ZnNi-Zn合金镀层和合金镀层和Ni-MoNi-Mo合金镀层称为黑镍合金镀层称为黑镍, , 消光和黑色装饰消光和黑色装饰, ,常在铜上电镀黑镍常在铜上电镀黑镍, ,然后抛然后抛 除部分铜除部分铜, ,形成明暗相间的仿古铜色形成明暗相间的仿古铜色. . 还可获得非晶态镍基合金镀层还可获得非晶态镍基合金镀层, ,较耐磨和耐较耐磨和耐 蚀蚀, ,且有较好的热稳定性且有较好的热稳定性. . 电镀贵金属合金电镀贵金属合金 装饰装饰, ,功能功能, ,经济要求经济要求 不同色调合金不同色调合金 18K18K或或14K14K金的金的Au-Co,Au-Ni,Au-Co,Au-Ni,和和Au-Ni-Co;Au-Ni-Co; 绿色的绿色的Au-AgAu-Ag合金镀层合金镀层. . 不锈钢表面镀不锈钢表面镀Au-Cu,Au-Pd,Au-Cu,Au-Pd,可提高可焊性可提高可焊性. . Au-Cu-Au-Cu-CdCd呈粉红色呈粉红色. . Au-Cu-ZnAu-Cu-Zn三元合金镀层颜色从黄色至玫瑰三元合金镀层颜色从黄色至玫瑰 色变化色变化. . 7.8 7.8 化学镀化学镀 化学镀是在无电流通过（无外界动 力）时借助还原剂在同一溶液中发 生氧化还原作用，从而使金属离子 还原沉积在零件表面上的一种镀覆 方法。 7.8 7.8 化学镀化学镀 一、化学镀的原理与特点一、化学镀的原理与特点 化学镀的沉积过程不是通过界面上固液两相 化学镀的沉积过程不是通过界面上固液两相 间金属原子和离子的交换，而是液相离子间金属原子和离子的交换，而是液相离子MMn n+ +通 通 过液相中的还原剂在金属或其它材料表面上的过液相中的还原剂在金属或其它材料表面上的 还原沉积。化学镀的关键是还原剂的选择和应用还原沉积。化学镀的关键是还原剂的选择和应用 ，最常用的还原剂是次磷酸盐和甲醛，近年来又，最常用的还原剂是次磷酸盐和甲醛，近年来又 逐渐采用硼氢化物以及氨基硼烷类和类衍生物等逐渐采用硼氢化物以及氨基硼烷类和类衍生物等 作为还原剂以便室温操作和改变镀层性能。从作为还原剂以便室温操作和改变镀层性能。从 本质上讲，化学镀是一个无外加电场的电化学过本质上讲，化学镀是一个无外加电场的电化学过 程。程。 7.8 7.8 化学镀化学镀 与电镀不同的是，在化学镀中，溶液内的金属离与电镀不同的是，在化学镀中，溶液内的金属离 子是依靠得到由还原剂提供的电子而还原成相应子是依靠得到由还原剂提供的电子而还原成相应 的金属的。完成化学镀的过程有三种方式：的金属的。完成化学镀的过程有三种方式： （1 1）置换沉积置换沉积 利用被镀金属的电位比沉积金属负利用被镀金属的电位比沉积金属负 ，将沉积金属离子从溶液中置换在工件表面上。，将沉积金属离子从溶液中置换在工件表面上。 其化学反应式可表述为：其化学反应式可表述为： MeMe 1 1 +Me+Me 2 2 n+n+ MeMe 2 2 +Me+Me 1 1 m+m+ 溶液中金属离子被还原的同时，伴随着基体金属溶液中金属离子被还原的同时，伴随着基体金属 的溶解，当基体金属表面完全覆盖时，反应即自的溶解，当基体金属表面完全覆盖时，反应即自 动停止。所以，采用这种方法得到的镀层非常薄动停止。所以，采用这种方法得到的镀层非常薄 。 7.8 7.8 化学镀化学镀 （）（）接触沉积接触沉积 利用电位比被镀金属高的第三金属利用电位比被镀金属高的第三金属 与被镀金属接触，让被镀金属表面富积电子，与被镀金属接触，让被镀金属表面富积电子， 从而将沉积金属还原在被镀金属表面。其化学从而将沉积金属还原在被镀金属表面。其