第7教学单元金属表面镀层技术1--普通电镀.doc

冶金与建筑工程系 教 案第 7 教学单元课 题：金属表面镀层技术1-普通电镀教学目标知识目标掌握普通电镀的原理熟悉镀铬工艺能力目标熟悉镀铬工艺职业素质目标爱岗敬业 诚实守信 技能过硬 自主创新教学重点教学难点镀铬工艺辅助教学手段采用实物、标本、模型、图表、幻灯和录像等手段教学准备准备教学目标、准备学生情况、准备教学材料、准备教学心理、准备教学过程、准备教学评价授课班级授课日期月 日月 日月 日月 日月 日教 学 进 程教学方法及时间分配复习提问：以一种实验钢为载体，采用任务教学法、案例教学法、引导文教学法、现场教学法，通过教师讲解、示范，引导学生学习。2学时导 言：新课内容:电镀(Electroplating)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而起到防止腐蚀,提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其它阳离子的干扰，且使镀层均匀、牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变。电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸.电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、润滑性、耐热性、和表面美观。 一、 概述1. 电镀的要素 阴极：被镀物，指各种接插件端子。 阳极：若是可溶性阳极，则为欲镀金属。若是不可溶性阳极，大部分为贵金属（白金，氧化铱）。 电镀药水：含有欲镀金属离子的电镀药水。 电镀槽：可承受，储存电镀药水的槽体，一般考虑强度，耐蚀，耐温等因素。 整流器：提供直流电源的设备。2. 电镀的作用利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。镀层大多是单一金属或合金，如钛靶、锌、镉、金或黄铜、青铜等；也有弥散层，如镍-碳化硅、镍-氟化石墨等；还有覆合层,如钢上的铜-镍-铬层、钢上的银-铟层等。电镀的基体材料除铁基的铸铁、钢和不锈钢外,还有非铁金属,如ABS塑料、聚丙烯、聚砜和酚醛塑料，但塑料电镀前,必须经过特殊的活化和敏化处理。 3. 电镀的原理在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。电镀时，阳极材料的质量、电镀液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，需要适时进行控制。 4. 电镀技术4.1 无氰碱性亮铜：在铜合金上一步完成预镀与加厚，镀层厚度可达10m以上，亮度如酸性亮铜镀层，若进行发黑处理可达漆黑效果，已在1万升槽正常运行两年。 4.2无氰光亮镀银：普通型以硫代硫酸盐为主络合剂，高级型以不含硫的有机物为主络合剂。全光亮镀层厚度可达40m以上，镀层表面电阻41，硬度HV101.4，热冲击250合格，非常接近氰化镀银的性能。 4.3无氰自催化化学镀金：主盐采用Na3Au(SO3)2,金层厚度可达1.5m，已用在高密度柔性线路板和电子陶瓷上镀金。 4.4非甲醛自催化化学镀铜：用于线路板的通孔镀和非导体表面金属化。革除有毒甲醛代之以廉价无毒次磷酸盐，目前国内外尚无商业化产品。已基本完成实验室研究，沉积速度34m/h，寿命达10循环（MTO）以上，镀层致密、光亮。但有待进一步完善和进行中试考验。 4.5纯钯电镀：Ni会引发皮炎，欧盟早已拒绝含Ni饰品进口，钯是最佳的代Ni金属。本项目完成于1997年，包括二种工艺，一是薄钯电镀，厚度0.10.2m，已用在白铜锡上作为防腐装饰性镀层和防银变色层；二是厚钯电镀，厚度达3m无裂纹（目前的国际水平），因钯昂贵，目前尚未进入国内市场。 4.6三价铬锌镀层蓝白和彩色钝化剂：以三价铬盐代替致癌的六价铬盐。蓝白钝化色泽如镀铬层，通过中性盐雾实验24小时以上，一些特殊处理的可达到中性盐雾试验96小时以上，已经历了十年的市场考验。彩色钝化相较蓝白钝化，色泽鲜艳，其中性盐雾试验时间较蓝白钝化高出许多，可达到48至120小时。 4.7纯金电镀：主盐为KAu(CN)2，属微氰工艺。镀层金纯度99.99%，金丝（30m）键合强度5g，焊球（25m）抗剪切强度1.2Kg。努普硬度H90，已用于高密度柔性线路板镀金。 4.8白钢电镀：有Pd（60）Ni（40）和Pd（80）Ni（20）两种，已在电子产品中用作代金镀层和防银变色层。 4.9其它技术：贵金属金、银、钯回收技术；金刚石镶嵌镀技术；不锈钢电化学和化学精抛光技术；纺织品镀铜、镀镍技术；硬金（Au-Co,Au-Ni）电镀；钯钴合金电镀；枪黑色SnNi 电镀；化学镀金；纯金浸镀；化学沉银；化学沉锡。 二、镀铬1. 概述铬是一种微带蓝色的银白色金属，相对原子质量5199，密度698721g/cm3，熔点为18751920，标准电极电位为尤什/c，-074V，老”/c，”-041V和P甚e+/Cr抖-133V，金属铬在空气中极易钝化，表面形成一层极薄的钝化膜，从而显示出贵金属的性质。 镀铬层具有很高的硬度，根据镀液成分和工艺条件不同，其硬度可在很大范围4001200HV内变化。镀铬层有较好的耐热性，在500以下加热，其光泽性、硬度均无明显变化，温度大于500开始氧化变色，大于700硬度开始降低。镀铬层的摩擦系数小，特别是干摩擦系数，在所有的金属中是最低的。所以镀铬层具有很好的耐磨性。 铬镀层具有良好的化学稳定性，在碱、硫化物、硝酸和大多数有机酸中均不发生作用，但能溶于氢卤酸（如盐酸）和热的硫酸中。2. 镀铬工艺特点从常用的铬酸镀液镀铬，与其他单金属镀液相比，镀铬液虽成分简单，但镀铬过程却相当复杂，并具有如下特点。 镀铬液的主要成分不是金属铬盐，而是铬的含氧酸铬酸，属于强酸性镀液。电镀过程中，阴极过程复杂，阴极电流大部分消耗在析氢及六价铬还原为三价铬两个副反应上，故镀铬的阴极电流效率很低（10%l8%）。而且有三个异常现象：电流效率随铬酐浓度的升高而下降l随温度的升高而下降；随电流密度的增加而升高。 在镀铬液中，必须添加一定量的阴离子，如SO42-、SiF62一、F一等，才能实现金属铬的正常沉积。 镀铬液的分散能力很低，对于形状复杂的零件，需采用象形阳极或辅助阴极，以得到均匀的镀铬层。对挂具的要求也比较严格。 镀铬需采用较高的阴极电流密度，通常在20A/dm2以上，比一般的镀种高l0倍以上。由于阴极和阳极大量析出气体，使镀液的电阻较大，槽压升高，对电镀电源要求高，需采用大于l2V的电源，而其他镀种使用8V以下的电源即可。 镀铬的阳极不用金属铬，而采用不溶性阳极。通常使用铅、铅一锑合金及铅一锡合金。镀液内由于沉积或其他原因而消耗的铬需靠添加铬酐来补充。 镀铬的操作温度和阴极电流密度有一定的依赖关系，改变二者关系可获得不同性能的铬镀层。3. 镀铬工艺3.1 防护-装饰性镀铬 防护-装饰性镀铬不仅要求镀层在大气中具有很好的耐蚀性，而且要有美丽的外观。 这类镀层也常用于非金属材料的电镀。 防护-装饰性镀铬可分为一般防护装饰镀铬与高耐蚀性防护装饰镀铬。3.2 滚镀铬 需要镀铬的细小零件，如采用通常的挂镀，不仅效率低，而且镀件上常留下夹具的痕迹，不能保证镀层的质量。滚镀铬多用于体积小、数量多、又难以悬挂零件的装饰性多层电镀，如铜/光亮镍/铬或光亮低锡青铜/铬。此法可提高生产效率、降低成本。但它只适用于形状简单、具有一定自重的镀件；不适用于扁平片状、自重小以及外观要求较高的零件电镀。3.3 镀硬铬 硬铬又称耐磨铬，硬铬镀层不仅要有一定的光泽，而且要求底层的硬度高、耐磨性好并与基体结合牢固。 镀层厚度应根据使用场合不同而异。在机械载荷较轻和一般性防护时，厚度为l020m；在滑动载荷且压力不太大时，厚度为2025m；在机械应力较大和抗强腐蚀作用时，厚度高达l50300m；修复零件尺寸厚度可达8001000m。3.4 镀松孔铬 松孔铬镀层是具有一定疏密程度和深度网状沟纹的硬铬镀层，具有很好的储油能力。工作时，沟纹内储存的润滑油被挤出，溢流在工件表面上，由于毛细管作用，润滑油还可以沿着沟纹渗到整个工件表面，从而改善整个工件表面的润滑性能，降低摩擦系数，提高抗磨损性能。3.5 镀乳白铬 乳白铬一般厚度在3060m，抗蚀性能良好，但硬度较低，光泽性差。镀乳白铬的工艺、镀前准备和镀后处理，基本与镀硬铬相同。其主要的不同点是：要求温度较高（6575），阴极电流密度较低（2530A/dm2）。4.影响镀铬后表面粗糙度的因素工件表面镀铬后的表面粗糙度与以下条件有直接的关系： 1、镀前基体的表面粗糙度（基体表面粗糙度值越小镀后表面粗糙度值也小）； 2、镀