第一章绪论(电镀)(2学时)

1、第一部分 电 镀第一章 绪论第二章 电镀理论基础第三章 电镀工艺第四章 镀液性能和镀层质量检验第五章 电镀设备第一章 绪 论1. 1. 什么是电镀什么是电镀2. 2. 镀层的分类镀层的分类3. 3. 镀层的选择镀层的选择4. 4. 电镀的优点和发展概况电镀的优点和发展概况第一章 绪 论1. 什么是电镀（掌握） 1.1 定义 1.2 基本过程和设备 1.3 工艺参数 1.4 电流效率 1.5 电镀方式电解电解 在含金属盐的溶液中，用通入外加电流电流的方法使金属离子金属离子( (或其络离子或其络离子) )在在阴极上还原为金属阴极上还原为金属电镀电镀(electroplating) 利用利用电解电解

2、使金属或合金使金属或合金沉积沉积在制件表面，在制件表面， 形成形成均匀，致密，结合力良好均匀，致密，结合力良好的金属层的过程。的金属层的过程。1.1定义定义利用电解使金属离利用电解使金属离子还原成金属，子还原成金属，沉沉积在阴极上。积在阴极上。电沉积电沉积利用电解使金属离子还利用电解使金属离子还原成金属，原成金属，沉积在阴极沉积在阴极上，上，形成形成镀层均匀、镀层均匀、镀镀层层致密、致密、镀层与基体镀层与基体结结合力良好合力良好的覆层。的覆层。电镀电镀注意注意：电解电解-电沉积、非电沉积电沉积、非电沉积电沉积电沉积- 电镀、电铸、电解精炼电镀、电铸、电解精炼1.2 基本过程基本过程与与设备设备

3、 电镀基本过程与设备电镀基本过程与设备 直流电源 + - - 阳极 阴极 (工件工件) 电解液 镀槽 被镀工件被镀工件和辅助阳极辅助阳极浸在电镀液电镀液中（镀槽镀槽）。被镀工件接电源负极，辅助阳极接电源电源正极。（5部分构成）部分构成）例例：普通镀镍用电解液普通镀镍用电解液， 主盐主盐： NiSO4 和和(或或)NiCl2 (提供镍离子) 附加盐附加盐：硼酸（即缓冲剂）：硼酸（即缓冲剂） (维持电解液的pH值) (有的还加入NaCl 或或 Na2SO4 或H2SO4增加 电解液的导电性) 添加剂添加剂： 十二烷基硫酸钠十二烷基硫酸钠 (降低镀层孔隙) 电镀液组成包括（电镀液组成包括（4 4部分

4、部分）： 主盐主盐：提供被镀金属离子 附加盐：附加盐： (缓冲剂和强电解质) 改善电解液性能(pH值和导电性) 络合剂，添加剂：络合剂，添加剂： 改善镀层质量 (含量多) (含量少) 添加剂(稳定剂、表面活性剂、光亮剂)电镀液电镀液例例：光亮镀银电解液光亮镀银电解液 主盐主盐：AgCl，提供银离子，提供银离子 络合剂络合剂：KCN 附加盐附加盐：酒石酸钾钠（即缓冲剂）（即缓冲剂） 添加剂添加剂：钉炔二醇， 巰基苯并噻唑(光亮剂光亮剂) 电电镀镀基基本本过过程程与与设设备备 直流电源+ -阳极电解液 镀槽阴极阴极( (工件工件) ) 被镀工件作为阴极，表面上主要发生金属离金属离子子( (或其络离

5、子或其络离子) )的还原的还原反应，形成金属镀层，覆盖在工件表面。简单金属离子的还原简单金属离子的还原： （如：硫酸镍镀镍镀镍） Ni2+ + 2e = Ni阴极反应阴极反应金属络离子的还原金属络离子的还原： （如：氰化物（如：氰化物镀铜）镀铜） Cu(CN)32- + e = Cu + 3CN-不溶性阳极不溶性阳极：在电镀过程中在电镀过程中不溶性阳极不发生溶解，表面不溶性阳极不发生溶解，表面上发生某些物质的氧化反应，上发生某些物质的氧化反应，而而金属离子的消耗由添加主盐金属离子的消耗由添加主盐进行补充进行补充。 典型电镀典型电镀：铬酐铬酐溶液溶液镀铬镀铬 电电镀镀基基本本过过程程与与设设备备

6、 直流电源+ -阴极电解液 镀槽( (辅助辅助) )阳极阳极基本功能基本功能是构成通电回路两类阳极及阳极反应可溶性阳极可溶性阳极：即以被镀金属材料即以被镀金属材料制作阳极，制作阳极，如如镀镍镀镍用镍制作阳用镍制作阳极极，镀铜镀铜用铜制作阳极用铜制作阳极。 阳极金属被氧化，生成金属离子以补充补充阴极反应中金属离子消耗Ni = Ni2+ + 2e大多数电镀是大多数电镀是可溶性阳极（金属离子浓度基本不变）（金属离子浓度基本不变） 电镀基本过程与设备电镀基本过程与设备 直流电源直流电源 + - - 阴极 电解液 阴极 镀槽镀槽是盛装电解液的器具。同时还要满足满足阴极和阳极安装阴极和阳极安装，电镀过程中

7、加热或冷却加热或冷却等需要等需要。镀槽镀槽电源电源提供电镀所需电流。大多数电镀工艺为大多数电镀工艺为直流电源直流电源，也有的电镀工艺使用其它类型电源 电源与镀槽，电源与镀槽，将在第五章介绍将在第五章介绍1.3 工艺参数工艺参数(8个个)各组分各组分( (主盐，附加盐，添加剂，络合剂主盐，附加盐，添加剂，络合剂) )的浓度浓度或浓度范围。常用单位： g/L 或ml/L电解液组成电解液组成( (配方配方) )电解液pH值操作条件操作条件温度温度或温度范围阴极电流密度阴极电流密度 i ic c (或记为 Dk )。常用单位： (A/dm2)。阴极电流效率阴极电流效率搅拌搅拌或阴极移动阴极阴极/ /阳

8、极面积比阳极面积比(在某些电镀工艺中)时间时间工艺参数工艺参数对电镀工艺的要求对电镀工艺的要求（了解）：）： (1)镀液性能优良镀液性能优良，能获得质量符合要求的镀层；（如：稳定性如：稳定性等） (2)工艺范围宽工艺范围宽，易于操作和维护； (3)镀液无毒或低毒镀液无毒或低毒，操作安全，对环境污染小，三废易处理； (4)镀液对设备和厂房的腐蚀性小腐蚀性小； (5)成本和加工费用低费用低。Q: 为了得到需要的镀层厚度，为了得到需要的镀层厚度， 如何计算电镀的时间？如何计算电镀的时间？ 阴极反应为：Men+ + ne = Me 阴极电流密度为 ic (A/dm2)， 电镀时间为 t (min) 按

9、Faraday电解定律定律，镀层厚度h(um) 应为)(67. 167. 1mdtkinFdtAihcc式中：A- 镀层金属原子量(g)，k=A/nF- 镀层金属电化当量电化当量 d 镀层密度 (g/cm3)，F= 26.8 A.hQ: 但是，计算出的镀层厚度与实测厚度不同，原因何在？但是，计算出的镀层厚度与实测厚度不同，原因何在？ 注：物理量的单位注：物理量的单位1.4 电流电流效率效率问题出在没有考虑问题出在没有考虑 因为阴极电流不是全部用于金属电沉积因为阴极电流不是全部用于金属电沉积。Faraday定定律计算的镀层重量称为律计算的镀层重量称为“镀层理论重量镀层理论重量”，阴极电流效率可定

10、义为%100镀层理论重量镀层实际重量c或者%100总金QQcQ总总为通过阴极的总电量，为通过阴极的总电量，Q金金为为用于金属沉积的电量。用于金属沉积的电量。 ic金金 = ic c 用于金属沉积的电流密度用于金属沉积的电流密度为什么为什么“阴极电流不是全部用于金属电沉积阴极电流不是全部用于金属电沉积”？ 主反应主反应：被镀金属离子还原反应 副反应副反应：其它物质的还原反应(其它杂质离子)， 最常见的是氢离子还原反应最常见的是氢离子还原反应( (析氢反应析氢反应) )答：“在阴极上还有其它还原反应在阴极上还有其它还原反应”。为什么会为什么会发生副反应？发生副反应？-下一章再分析。 副反应愈强，电

11、流效率愈低。不同镀种的电流效率不副反应愈强，电流效率愈低。不同镀种的电流效率不同，同一镀种的不同工艺的电流效率也不一样。同，同一镀种的不同工艺的电流效率也不一样。就是因为副反应的差异。 阴极电流效率愈高，获得同一厚度镀层所消耗的电量愈小，阴极电流效率愈高，获得同一厚度镀层所消耗的电量愈小，电镀时间愈短。因此电镀时间愈短。因此阴极电流效率是一个很重要工艺参数阴极电流效率是一个很重要工艺参数。1.5 电镀方式电镀方式阳极工工件件挂具挂具+-挂镀挂镀( (槽镀槽镀) )滚桶滚桶 (内装被内装被镀工件镀工件)滚镀滚镀+-工件工件阳极阳极包套包套(浸浸电解液电解液)刷镀刷镀第一章 绪 论2. 镀层的分类

12、（自学） 2.1 按使用目的 2.2 按镀层结构 2.3 按电化学关系2 镀层分类镀层分类（自学）（自学）防护镀层和防护镀层和防护防护装饰镀层装饰镀层功能性镀层功能性镀层按电化学关系阳极性镀层阴极性镀层按镀层结构简单镀层组合镀层复合镀层按按使用目的使用目的（了解）（了解）提高金属制品或零部件在服役环境中的抗腐蚀抗腐蚀能力防护镀层防护镀层同时具有防护防护作用和赋予制品美观外表美观外表的作用防护防护- -装饰镀层装饰镀层功能镀层功能镀层耐磨镀层耐磨镀层减摩镀层热加工用镀层可焊性镀层导电性镀层磁性镀层抗高温氧化镀层修复性镀层防止热处理时金属部件某些部位渗碳或渗氮在金属部件表面电镀具有优良抗高温氧化能

13、力的镀层修复磨损部件的尺寸镀层分类镀层分类按使用目的防护镀层和防护装饰镀层功能性镀层按电化学关系阳极性镀层阴极性镀层按镀层结构按镀层结构（了解）（了解）简单镀层简单镀层组合镀层组合镀层复合镀层复合镀层简单镀层简单镀层只一层只一层镀层镀层。可以镀金属，也可以镀合金。经过镀后处理可以提高镀层性能。组合镀层组合镀层 几层几层相同金属相同金属但性能不同的镀层组合，如 暗镍暗镍半光亮镍半光亮镍光亮镍光亮镍 不同金属镀层不同金属镀层迭加形成多层结构，如 铜铜镍镍铬铬。复合镀层复合镀层固体微粒固体微粒均匀地分散均匀地分散在金属中形成的镀层，又称为弥散镀层弥散镀层。如 镍镍碳化硅碳化硅，铜铜氧化铝氧化铝镀层分

14、类镀层分类按使用目的防护镀层和防护装饰镀层功能性镀层按镀层结构简单镀层组合镀层复合镀层按电化学关系按电化学关系（掌握）（掌握）阳极性镀层阳极性镀层阴极性镀层阴极性镀层阳极性镀层阳极性镀层ZnFe电解液电解液 镀层金属的镀层金属的电位电位比基体金属比基体金属电位负电位负(即镀层金属比基体金属活镀层金属比基体金属活泼泼)，镀层金属与基体金属组成电偶对时镀层为阳极镀层为阳极，如钢铁制如钢铁制品表面镀锌品表面镀锌-典型阳极性镀层典型阳极性镀层。阳极性镀层不仅可以起机械保护起机械保护作用作用，在镀层缺陷和破损处还能起阴极保护作用起阴极保护作用。阴极性镀层阴极性镀层CrFe电解液电解液 镀层金属的镀层金属

15、的电位电位比基体金属比基体金属的电位正的电位正，镀层金属与基体金属组成电偶对时镀层金属为阴镀层金属为阴极极，基体金属为阳极，如钢铁制品表面镀铬镀铬-典型阴极性典型阴极性镀层镀层，这是因为铬很容易钝化因为铬很容易钝化。阴极性镀层只有机械保护作用阴极性镀层只有机械保护作用。第一章 绪 论3. 镀层的选择（自学） 3.1 镀层质量的要求（掌握） 3.2 镀层金属和镀层厚度的选择（了解）3.1 镀层镀层质量的质量的要求要求（掌握）（掌握）镀层光亮度，硬度，耐蚀性光亮度，硬度，耐蚀性等指标符合规定。前三项前三项是是各种镀层各种镀层都需要达到的都需要达到的基本质量要求基本质量要求否则，镀层不可能实现其防护

16、作用或其它功能，极易发生破坏。否则，镀层不可能实现其防护作用或其它功能，极易发生破坏。镀层结构镀层结构细致紧密，连续细致紧密，连续， （孔隙尽量少。不允许有斑点孔隙尽量少。不允许有斑点）镀层有镀层有一定厚度一定厚度且且厚度厚度均匀均匀一致一致镀层与基体以及各镀层之间镀层与基体以及各镀层之间结合牢固结合牢固各种镀层的各种镀层的三大基本要求三大基本要求特殊要求：特殊要求： 首先，要考虑镀层使用目的镀层使用目的（即用途）（即用途） 防护镀层防护镀层，镀层金属必须在预定使用环境中有良好的耐蚀性能 防护防护装饰镀层装饰镀层，面层金属应具有美观的外表和经久的光泽 功能镀层功能镀层，镀层金属应当具有需要的功

17、能 其次其次，要考虑镀层金属与基底金属，几种镀层要考虑镀层金属与基底金属，几种镀层金属之间的金属之间的 相容性相容性，使相互接触的零部件表面镀层之间电位尽量接近电位尽量接近， 以免造成大的电偶腐蚀以免造成大的电偶腐蚀问题。 3.2 3.2 镀层金属的选择镀层金属的选择（了解）（了解）镀层选择的实例3.2 镀层厚度的选择（了解）镀层厚度的选择（了解） 使用环境使用环境防护性镀层的厚度取决于防护性镀层的厚度取决于工件将使用的环境和要求工件将使用的环境和要求的使用寿命。的使用寿命。同一种镀层应用于不同的工作环境，环境腐蚀性愈强，镀层厚度应当愈大。同一种环境中，当要求增长使用寿命时，镀层厚度应增加。G

18、B 979988 “钢铁上的锌电镀层”将锌电镀层分为5，8，12，25 m m 四个等级。5 m厚度仅用于干燥的室内环境。对某些特殊用途厚度可以达到 40 m m。 工件结构和尺寸工件结构和尺寸 公差考虑公差考虑零部件主要表面(易受腐蚀，摩擦表面，工作表面)，镀层厚度应达到国家标准规定。不易沉积的孔内部，深凹处，可允许低于国家标准。 带螺纹(外螺纹)的组合结构件，选择厚度时应考虑公差配合。一般可将大气腐蚀性分为三类：腐蚀性严重(工业区，沿海湿热地)，腐蚀性中等(内陆城市，一般室内)，腐蚀性轻微(干热带地区，密封良好的设备内部)。第一章 绪 论4. 电镀的优点和发展概况（了解） 4.1 电镀的优点 4.2 电镀的发展4.1 电镀电