电镀理论与工艺课后复习.doc

第一章1、 电镀的概念？答：电镀是用电化学方法在固体表面电沉积一薄层金属、合金或金属与非金属粉末一起形成复合电沉积层并承担一定功能的过程。2、 电镀的目的？答：电镀的主要目的是对基体的防护，耐磨，防腐，同时兼有装饰的功能，还起到特点功能和特定意义。3、 合格电镀层的基本要求？答：镀层结构致密、厚度均匀、镀层与基体结合牢固并能够承受一定条件下的腐蚀（指镀层对基体的防护特性）。在某些情况下，进一步要求镀层内应力要小，柔顺性好有较高的硬度、色彩、光亮和均匀沙面等。对于功能性镀层，根据其具体要求使用目的，要求镀层可耐高温、耐潮湿环境腐蚀、耐海洋性气候腐蚀等。4、 电镀层的分类？答：按用途可分为防护性镀层、防护性-装饰性镀层、功能性镀层；按镀层的电化学性质分类可分为阴极性镀层、阳极性镀层。第二章1、 游离配合剂的影响？答：1、能使电解液稳定；2、促进阳极的溶解；3、增大阴极极化。2、 合金共沉积的类型？答：合金共沉积可分为正则共沉积、非正则共沉积、平衡共沉积、异常共沉积和诱导共沉积。3、 要实现二元合金共沉积的必要条件？答：1、合金中的两种金属至少有一种金属能单独从水溶液中沉积出来；2、金属共沉积的基本条件是两种金属的析出电位要十分接近或相等。4、 实际金属共沉积是的特点和影响因素？答：电极材料在形成合金时的去极化作用、极化作用、双电层结构的影响、金属离子在溶液中状态的影响。5、 添加剂的主要作用？答：使镀层具有良好的致密性、光泽性；增加了阴极极化作用、增加光亮作用、增加整平特性、降低内应力的作用、提高电流效率等。6、 添加剂应该具有哪些特性？答：1、扩宽电镀液的pH、温度和电流密度的使用范围；2、能影响电结晶的结构，具有微观整平效果，有利于提高镀件表面的平滑和光亮；3、降低表（界）面张力，有利于对镀件的润湿；4、促进在阴极表面产生的氢气尽快脱离，可防止镀件产生凹痕和针孔；5、经过表面活性剂清洗的镀件，其电镀效果明显改善。7、 电镀添加剂的类型？答：电镀添加剂可分为络合剂、光亮剂、表面活性剂、整平剂、应力消除剂、除杂剂和润湿剂等。8、 整平剂的整平作用可分为哪几类？答：正整平、负整平、几何整平。9、 整平剂的特点？答：1、能强烈阻化阴极过程，能使阴极极化提高50120mV；2、能夹杂在镀层中，或在阴极上阴极上还原而被消耗；3、整平剂在峰处的吸附量大于谷处的吸附量。10、 三层镍及双层镍的抗腐蚀原理？答：如图所示，电镀双层镍是在钢铁基体上先镀上一层低硫（S0.005%）的半光镍，再在半光亮镍上镀上一层含硫（0.04%S0.15%），最后在镀铬。因为高硫镍层中的含硫量比光亮镍层更高，在三层镍中电位最负，当腐蚀介质通过铬、光亮镍、高硫镍的孔隙，到达半光亮镍表面时，半光亮镍与高硫镍之间的电位差比双电层镍更大，而且相对于光亮镍来说，高硫镍是阳极镀层，它是牺牲自己，来保护光亮镍和半光亮镍不受腐蚀，从而进一步延缓腐蚀介质沿垂直方向穿透的速度，所以三层镍防护性比双层镍的防护性更为优越。11、 电镀液分散能力和覆盖能力的概念？答：分散能力就是电解液使零件表面镀层的厚度均匀分布的能力，也叫均镀能力；覆盖能力就是电解液使零件深凹处沉积金属镀层的能力，也叫深度能力。12、 以初次电流分布、二次电流分布来说明电解液的分散能力？答：当不存在极化时，电流在阴极表面上的分布称为初次分布，及不考虑点化学系因素的影响，而只考虑几何因素的影响，在阴极表面上的电流分布。这时电流流过电路的阻力只有导线和金属电极的电阻与电解液的电阻。由于金属导线和金属电极的电阻远小于电解液的电阻,可以忽略不计。假设阴极极化不存在时的电流分布为初次电流分布，此时 R极化0。当电流为初次分布时：I1/I2=R电液2/R电液1，因电解液的电阻R=pL/S，由于远近阴极的面积S相同，电解液的电阻率也相同，并且令L2=L1+L。因此I1/I2=R电液2/R电液1=L2/L1=1+L/L1=K(K为常数），可见当阴极极化不存在时，近阴极和远阴极上的电流密度与他们和阳极距离成反比。I1/I2=D1/D2=1+L/(L1+1/p + /D)，式中I1/I2=D1/D2就是阴极的实际电流分布；p为电解液电阻率；L为远近阴极与阳极距离只差；/D为极化率（度），只有当I1/I21时为理想的分散能力。13、 改善电解液分散能力的方法？答：在电镀溶液中加入一定量的强电解质、采用配合物电解液、在电镀溶液中加入适量的添加剂、改善几何影响因素如采用象形阳极法、保护阴极法、辅助阳极法、调整阳极的排布等。14、 影响覆盖能力的因素及改善覆盖能力的方法？答：影响因素有基体金属本性的影响、基体金属组织均匀程度的影响、基体金属表面状态的影响；改善方法有施加冲击电流、增加欲镀工序、加强镀前处理等。15、 微观整平能力的概念？答：在一定的条件下，电镀溶液在微观粗糙表面上均匀地沉积出金属的能力。16、 电镀液的成分组成及其相应的作用？答：主盐：提供被镀金属离子，能在阴极上沉积出所要求的镀层金属的盐；导电盐：能够提高溶液的电导率，对放电金属离子不起络合作用的碱金属或碱土金属的盐类（包括铵盐）；缓冲剂：加入电镀液中，能使溶液在遇到酸或碱时，溶液的PH值变化幅度减小；络合剂：在电镀生产中，加入络合剂，可以控制电镀液电位，提高极化；阴极极化剂：在电解时能使阳极电位变负，促进阳极活化，防止钝化；润湿剂：能消除电镀液中内应力，防止出现针孔；添加剂，如光亮剂，整平剂等，能够提高电镀液中阳极极化，光亮剂能够提高镀层光亮度，整平剂提高镀层平整度，即添加剂能够改善电镀液性能和镀层质量。第三章1、 电镀中，镀层与基体金属结合的基本形式？答：镀层与基体金属结合方式主要有三种：1、基体表面微观不平而产生机械附着；2、基体金属与沉积金属分子间的作用力；3、沉积金属延续基体金属金相结构或扩散入基体金属中的金属间力作用。只有当镀层与基体金属发生分子间和金属间力的结合时，镀层与基体的结合才是牢固的。分子间力和金属间力只有在很小的距离内才能表现出来。2、 电镀前处理方式及其类型？答：1、粗糙表面的整平，如机械磨光、机械抛光、电抛光、滚光、震动光饰、离心光饰、刷光、喷砂处理等；2、除油，如有机溶剂除油、化学除油及电化学除油；3、侵蚀，如强侵蚀、电化学侵蚀、弱侵蚀；4、活化，如化学方法、电化学方法等。3、 常见的除油方法有哪几种？答：常见的除油方法有化学除油、有机溶剂除油、电化学除油和超声波除油。4、 简述碱性溶液除油方法的皂化作用和乳化作用？答：皂化作用，可以除去动植物油，就是可皂化油与碱性溶液发生化学反应而生成肥皂的过程，其反应通式为：(RCOO)3C3H5 + 3NaOH = 3RCOONa + C3H5(OH)3，当R是含有1721个碳原子的烃基时叫硬脂，硬脂发生皂化反应生成物就是普通肥皂（硬脂酸钠），如：(C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH + 3C17H35COONa + C3H5(OH)3。生成的肥皂和甘油很好的溶解在水中，所以油脂可以从零件表面完全清除掉。乳化作用：就是两种互不相容的液体形成乳浊液的过程，就是一种液体呈极细小的液滴分散在另一种液体中。乳化剂是一种表面活性剂，降低了油-液之间的界面张力，油变成小液滴分散在溶液中以达到除油的目的。4、 碱性除油溶液的主要成分？答：氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠、乳化剂和（偏硅酸钠）5、 电化学除油中阴、阳极除油方法的特点？答：阴极除油特点是在制件中析出H2，除油时析出氢气量多，分散性好，气泡尺寸小，故乳化作用强烈，除油效果好，速度快，不腐蚀零件。但析出的氢气会渗入金属内部引起氢脆，当溶液中含有锌等离子时，零件表面析出一层海绵状金属，污染金属零件，并影响镀层结合力。阳极除油时在制件中析出氧气，除油时一方面析出气泡，泡少儿大，与阴极除油相比起乳化能力差，其除油效率低；另一方面由于OH-放电，使阳极表面溶液的PH值降低，不利于除油，同时阳极除油时析出的氧气促使金属表面氧化，甚至某些油脂也被氧化，有些金属或多或少发生阳极溶解，但阳极除油不会发生氢脆，镀件上也不会有其他金属杂质析出。6、 制定表面准备工艺流程的原则？答：1、若金属零件附着大量油污，且锈蚀严重时，在侵蚀前必须进行初步除油；2、零件每经过一次除油之后，必须用水充分洗涤，而且用热水洗涤；3、零件经过侵蚀之后，至少要经过两道冷水洗涤，第二道流动水洗，并且应合理的确定水流方向，以使油污的不断排除。侵蚀后不要用热水洗涤，以免零件表面遭到过腐蚀；4、零件附着矿物油和抛光膏时，最好先用有机溶剂或清洗剂除油，除油后零件进行干燥。不要把有机溶剂带入后续工序；5、零件经过前处理后，在电镀之前最好在进行一次电化学除油，除油时间在12分钟即可，随后清洗干净，马上转入弱侵蚀液中处理0.51分钟，然后迅速转入电解槽进行电镀；6、弱侵蚀永远是前处理的最后一道工序。弱侵蚀后只能用流动冷水清洗，换着去电镀，如果弱侵蚀后不能马上进行电镀，则应将处理后的零件存放在稀的碳酸钠溶液中，在进行电镀时要充分清洗，并重新进行弱侵蚀。第四章（锌对铁基材料而言属于阳极性镀层）1、硫酸盐镀锌的优缺点？答：优点为成分简单，镀液无毒性，成本低廉、维护容易、允许使用较高的电流密度，沉积速度快、电流效率高（接近100%），适合在线材、带材上高速电镀。缺点是由于没有配离子。阴极极化小，镀层结晶粗大，镀液的分散能力和覆盖能力较差，只使用于形状比较简单的零件。2、 硫酸盐镀锌溶液中的基本组成及各组分的主要作用？答：1、硫酸锌，硫酸锌既是提供锌离子的主盐又是导电盐；2、硫酸钠，起到导电盐作用，提高镀液的导电能力，并提高电流密度上限，但过高会缩小工作温度的范围；3、硼酸，为镀液的缓冲剂，维持pH值的稳定性；4、光亮剂，提高阴极极化，改善镀液的分散能力和覆盖能力，并增加镀层的光亮性和整平性。3、 镀锌层镀后处理工艺及目的？答：镀后处理包括除氢、出光和钝化处理，其目的是为了消除电镀过程中产生的一些缺陷，改善锌镀层的理化性能及基材的力学性能，提高镀层的抗腐蚀能力，延长寿命，改善镀层的装饰性能。除氢处理防止氢脆，提高部件使用寿命等；出光处理提高镀液的光洁度，使平面得到平整；钝化处理，提高镀锌层的耐蚀性，并能够增加表面光泽和抗污染能力，还可以作为涂层底层使用。4、 镀锌后镀层钝化膜的形成机理？答：铬酸钝化处理是固液界面上进行的多相化学反应过程。其反应交错进行，相当复杂。成膜机理一般认为是金属锌和六价铬之间的氧化还原反应。锌作为还原剂，六价铬是氧化剂，它被还原成三价铬，主要反应：Cr2O2-7 + 3Zn2+ + 14H+ 3Zn2+ + 2Cr3+ + 7H2O; 2CrO2-4 + 3Zn2+ + 8H2O，其中一式占绝对优势，印在酸性较强的溶液中六价铬主要以Cr2O2-7形式存在。还有以下反应：Zn + 2H+ Zn2+ + H2，由于反应消耗大量的氢离子，是金属溶液界面上的pH值升高，当pH值上升到一定值时，凝胶状钝化膜就在界面上析出。钝化膜主要由三价铬和六价铬化合物，水和金属离子组成，大都是铬酸锌等难溶性碱式盐。在钝化过程总，膜的生成和膜的溶解同时进行，开始阶段，膜的生成占主导地位，随着时间增长，膜的溶解加快，保持一个动态平衡。5、 镀锌后的钝化类型？答：军绿色钝、金黄色钝、黑色钝、蓝白色钝、白色钝等钝化工艺。第5章 （铜对铁基而言属于阳极性镀层）1、 为什么光亮酸性镀铜要用铜阳极？答：在光亮酸性镀铜中，一般不用电解铜，而采用含磷的铜阳极，这是因为使用电解铜阳极时，一方面溶液产生氧化亚铜（铜粉），使镀层表面粗糙，产生不合格的铜镀层。另一方面如果用也会使溶液中的Cu2+浓度升高，镀液不稳定，光亮剂的消耗增加，降低镀层质量。当阳极和电解液中的Cu2+接触时产生下列反应：Cu + Cu2+ = 2Cu，另外，阳极的不完全氧化也会产生一价铜离子：Cu - e = Cu+,这些Cu+在阳极表面形成Cu2O而悬浮在电解液中，产生“铜粉”、毛刺、镀层粗糙不亮。如果阳极中含有少量的磷，在阳极表面生成一层黑色膜，它的成分是Cu3P，这层黑色膜具有金属的导电性(电导率1.5104S/cm)，它覆盖在铜阳极表面，阻止过多的Cu2+生成，并加速Cu+的氧化，减少了Cu+的积累和产生，大大减少了Cu+进入溶液的机会。也减少了阳极泥的生成量。第六章1、 光亮镀镍工艺与操作上的特点？答：光亮镀镍已经形成了三高一低的特点，即高浓度、高温度、高电流密度和低pH值。硫酸镍浓度高的镀液导电性能较好，工作范围较宽，允许使用较高的电流密度，能提高沉积速度、镀层的光亮度和整平性，但镀液均一性差，成本高，带出损失大。2、 镀镍光亮剂的分类且分别说明其主要作用？答：镀镍光亮剂可分为1、初级光亮剂（第一类光亮剂）：具有显著减小镀镍层晶粒尺寸的作用，使镀层产生柔和的光泽，但不能产生镜面光泽，也能抵消次级光亮剂所产生的张应力，能降低镀层的内应力，提高镀层的韧性和延展性；2、次级光亮剂（第二类光亮剂）：能得到光亮镀层，但光亮区电流密度范围狭窄，镀层张应力和脆性大，还具有整平作用，对基体表面原油的细微粗糙处起到补漏、填平作用，能大幅度提高阴极极化，显著改善电解液的分散能力；3、辅助光亮剂，可改善镀层的覆盖能力，降低电解液对金属杂质的敏感性，减少针孔；出光快；降低次级光亮剂的消耗量。3、 光亮镀镍电解液的组成成分？答：有主盐、缓冲剂、阳极活化剂、润湿剂、光亮剂、组合剂等。4、 简述镍封闭原理？答：镍封闭又称复合镀镍。镍封闭工艺是在一般光亮镍电解液中加入固体非金属微粒（直径0.5um），借助搅拌，使固体微粒与镍离子共同沉积并均匀分布在金属组织中，在制品表面形成金属镍和非金属固体颗粒组成的致密镀层，在这种镀层上沉积铬时，由于微粒不导电，所以微粒上无铬沉积，从而得到微孔型的镀层。作为防护性装饰性镀层的微孔数一般以100005000孔/cm2为宜，微孔数过少，耐蚀性提高的不明显，微孔数过多（达80000孔/cm2）镀层会出现倒光现象，影响装饰性，同时镀铬层厚度也不能过厚，一般在0.250.5um为好，如镀铬层过厚，会出现搭桥现象，把微孔表面遮住，微孔会因此而消失，达不到镀微孔铬的目的。5、 在电镀镍铁合金中电解液的主要组成和稳定剂的主要作用？答：主要组成有硫酸镍、氯化钠、硼酸、润湿剂、光亮剂等等。稳定剂的作用能在较宽的工艺范围内，与三价铁形成十分稳定的络合物，以阻止氢氧化铁的形成，同时在电解过程中，消耗要慢，并能与光亮剂很好的配合，且不影响镀层的力学性能和物理性能。第7章 （镀铬对铁基材料而言属于阳极镀层）1、 镀铬的种类？答：基本类型，按镀铬层分类：镀硬铬、乳白铬、松孔镀铬、黑铬与其他黑色镀铬层；按电解液分类：普通镀铬电解液、复合镀铬电解液、自动调节镀铬电解液、快速镀铬电解液、四铬酸盐镀铬电解液、低浓度铬酸镀铬电解液、三价铬镀铬电解液。2、 镀铬的特点？答：特点1、镀铬电解液的主要成分是铬酸而不是金属铬盐；2、在镀铬液中，必须加入一定量的局外阴离子才能是电镀过程正常进行；3、电解液的分散能力很低，不易得到均匀的镀层；4、镀铬时使用的电流密度很高，槽电压很高，通常612V；5、镀铬电解液的电流效率低；6、阳极采用铅、铅-锑合金或铅锡合金等不溶解行阳极，不能用金属铬作阳极；7、不同的工艺参数可得到不同性质的镀层。3、 简述电镀铬的阴极过程？答：当镀液的pH值6时，CrO2-4为主要形式，因此，镀铬的同时存在其他离子，当pH值减小或铬酐的浓度增加时，平衡向左移动，反之，平衡向右方向移动。镀铬阴极过程，当电解液中不含硫酸时，阴极上只析出氢气，没有其他还原反应发生；镀液中含有少量的硫酸时，阴极极化曲线由几段曲线组成，在ab段，阴极上没有氢气析出和铬的还原，测定阴极区镀液的PH值小于1，存在的离子形式主要是Cr2O2-7，此时的阴极反应为Cr2O2-7 + 14H+ +6e = 2Cr3+ +7H2O，随着电极电势向负方向移动，反应速度不断增加，到达b点过后，阴极上明显的有氢气析出：2H+ + 2e = H2 ，在bc段，随着两个反应同时进行，但表征反应速度的电流密度确随着电极电势的变质而降低，显然有物质阻碍了电化学速度，这是由于阴极胶体膜的形成阻碍电极反应速度。阴极胶体膜理论：在阴极极化曲线b点以后，由于氢气的析出，导致近阴极区PH值增高，当PH值达到3左右时，近阴极区的Cr3+生成Cr(OH)3胶体沉淀并与Cr(VI)组成了碱式铬酸铬Cr(OH)3Cr(OH)CrO4，这是一种粘膜物质称为胶体膜或阴体膜，这种胶体膜致密而均匀地吸附在阴极表面上，它只允许半径较小的H+通过胶体膜放电，而HCrO-4的放电收到阻碍，使阴极极化显著增加，电流密度明显较低。如果电解液中没有硫酸存在，PH值较高，没有Cr(VI)还原Cr3+的过程。氢气的析出阻碍了铬的析出，当镀液中有硫酸存在时，硫酸对阴体胶体膜有一定的溶解作用，因此近阴极区胶体膜处于不断形成与不断溶解的动态过程。当电极电势达到c点相对应的数值时，发生HCrO-4 还原为铬的反应：HCrO-4 + 6e + 3H+ Cr + 4OH-，在cd段，同时进行前三个反应，且随着电极电势向负方向移动，反应速度不断增加。4、 简述钢铁零件多层镍镀铬的主要工艺流程？答：化学除油水洗阳极电解除油水洗阴极电解除油水洗镀铜水