第5章电镀及化学镀PPT课件VIP

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,26.05.2020,.,3,5.1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+2eCu,2Cl2eCl2,26.05.2020,.,4,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,26.05.2020,.,5,（2）电镀装置及原理（以镀铜为例）,两电极：阴极还原反应：Cu2+2eCu(形成镀层)阳极氧化反应：Cu2eCu2+(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,26.05.2020,.,6,（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,26.05.2020,.,7,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,26.05.2020,.,8,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+、Ag+.,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、NaCu、Hg、AgS2、I、Br、Cl、OH、NO3、SO42,26.05.2020,.,9,（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,26.05.2020,.,10,（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,26.05.2020,.,11,镀锌镀铜镀镍镀铬镀锡镀银镀金,26.05.2020,.,12,5.2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-CoNi-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。,26.05.2020,.,13,（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。,26.05.2020,.,14,（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。,26.05.2020,.,15,（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。,26.05.2020,.,16,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。,26.05.2020,.,17,5.3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。,26.05.2020,.,18,5.4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,26.05.2020,.,19,（1）原理与特点,原理同电镀电沉积过程供电镀液+镀笔+擦试电镀层,26.05.2020,.,20,（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：,26.05.2020,.,21,（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,26.05.2020,.,22,（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)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,26.05.2020,.,23,2)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。,26.05.2020,.,24,（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,26.05.2020,.,25,（5）应用,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0.2mm，采用刷镀比其它维修方法经济,26.05.2020,.,26,5.5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,26.05.2020,.,27,特点（与电镀比较）,不需外电源驱动；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。,26.05.2020,.,28,（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,26.05.2020,.,29,性能：高硬度Ni3P1100HV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,26.05.2020,.,30,其它：化学镀镍基合金：Ni-P，Ni-B，Ni-Cu-P，Ni-Mo-P，Ni-W-P化学