第六章-电镀、电刷镀和化学镀

1、1第六章第六章 电镀、电刷镀和化学镀电镀、电刷镀和化学镀n 电镀的定义及分类电镀的定义及分类n 电镀的基本原理及工艺电镀的基本原理及工艺n 单金属电镀单金属电镀n 合金电镀合金电镀n 电刷镀电刷镀n 化学镀化学镀6.1 电镀的定义及分类电镀的定义及分类n电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属电镀是一种用电化学方法在镀件表面上沉积所需形态的金属覆层工艺。覆层工艺。n电镀定义：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体电镀定义：是指在含有欲镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面

2、沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。例基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。例如如 Zn2+ + 2e Zn (金属离子还原反应） Ni 2+ + 2e Nin电镀的目的：电镀的目的：改善材料的外观，提高材料的各种物理化学改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊性能，赋予材料表面特殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。接性及电、磁、光学性能等。n镀层一般为几微米到几十微米厚。镀层一般为几微米到几十微米厚。n电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，电镀工艺设备较简单，操作条件易于控制，镀层材料广泛，成本较

3、低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重成本较低，因而在工业中广泛应用，是材料表面处理的重要方法。要方法。4镀层按使用性能分类镀层按使用性能分类n防护性镀层：例如锌、锌防护性镀层：例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐镍、镍、镉、锡等镀层，作为耐大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。大气及各种腐蚀环境的防腐蚀镀层。n防护防护-装饰性镀层：例如装饰性镀层：例如 Cu-Ni-Cr镀层等，既有装饰性，亦镀层等，既有装饰性，亦有防护性。有防护性。n装饰性镀层：例如装饰性镀层：例如Au及及CuZn仿金镀层、黑铬、黑镍镀层仿金镀层、黑铬、黑镍镀层等。等。n功能性镀层功能性镀层:例如硬铬，松孔镀，例如硬铬，

4、松孔镀，NiSiC，Ni-石墨，石墨，Ni-PTFE复合镀层等耐磨减摩镀层。电性能镀层复合镀层等耐磨减摩镀层。电性能镀层:例如例如Au，Ag镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。镀层等，既有高的导电率，又可防氧化，避免增加接触电阻。镀层按与基体金属之间的电化学性质分类镀层按与基体金属之间的电化学性质分类阳极性镀层和阴极性镀层阳极性镀层和阴极性镀层n凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称凡镀层相对于基体金属的电位为负时，镀层是阳极，称阳极性镀层，如钢上的镀锌层。阳极性镀层，如钢上的镀锌层。n镀层相对于基体金属的电位为正时，镀层呈阴极，称阴镀层相对于基体金属的电位为正时，

5、镀层呈阴极，称阴极镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。极镀层，如钢上的镀镍层、镀锡层等。 镀层按组合形式分类镀层按组合形式分类n单层镀层，如单层镀层，如Zn或或Cu层；层；n多层金属镀层，例如多层金属镀层，例如Cu-Sn/Cr，CuNiCr镀层等；镀层等；n复合镀层，如复合镀层，如 Ni-Al2O3，Co-SiC等。等。 若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层若按镀层成分分类，可分为：单一金属镀层、合金镀层及复合镀层。及复合镀层。 86.2.1 电镀的基本原理电镀的基本原理阴极反应：阴极反应：Men+ ne = Me 2H+ + 2e = H2阳极反应：阳极反应：Me- ne = Me

6、n+。 OH- - 4e = 2H2O+O2Me n+SO4 2-Cl -OH -6.2 电镀的基本原理及工艺电镀的基本原理及工艺9n电镀是以电化学过程为依据，所以电镀要有三个必要条件：电镀是以电化学过程为依据，所以电镀要有三个必要条件：电源、镀槽（镀液）、电极。电源、镀槽（镀液）、电极。n电镀通电时直流电源电镀通电时直流电源E不断强行将电子不断强行将电子e从铜阳极上抽送到从铜阳极上抽送到工件阴极上去，电源电压越高，工件阴极上去，电源电压越高，“抽速抽速”越快，电流密度越快，电流密度越大。越大。n电池就象一个水泵一样，在水泵外部产生一个水压差，水电池就象一个水泵一样，在水泵外部产生一个水压差，

7、水就会从高压的地方流向低压的地方，然后在水泵内部，又就会从高压的地方流向低压的地方，然后在水泵内部，又克服水压差，把水从低压的地方抽到高压的地方，从而形克服水压差，把水从低压的地方抽到高压的地方，从而形成稳定水流。成稳定水流。n所以电流流向在电源外部是从正到负，在电源内部是从负所以电流流向在电源外部是从正到负，在电源内部是从负到正，电源内部的电荷移动即电流不是电压造成的。到正，电源内部的电荷移动即电流不是电压造成的。10 （1 1）电极反应机理）电极反应机理 1）平衡电极电位）平衡电极电位 在没有外电流通过的情况下，当金属电极与溶液接触在没有外电流通过的情况下，当金属电极与溶液接触时，由于其具

8、有自发腐蚀的倾向，金属就会变成粒子进入时，由于其具有自发腐蚀的倾向，金属就会变成粒子进入溶液，留下相应的电子在金属表面上，结果使金属表面带溶液，留下相应的电子在金属表面上，结果使金属表面带负电，而与金属表面接触的溶液带正电。这样就在金属负电，而与金属表面接触的溶液带正电。这样就在金属/溶溶液两相界面间自发地形成双电层，使金属与溶液之间产生液两相界面间自发地形成双电层，使金属与溶液之间产生了电位差，叫做电极电位。了电位差，叫做电极电位。 当体系达到动态平衡时，此时的电极电位称为平衡电当体系达到动态平衡时，此时的电极电位称为平衡电极电位，简称平衡电位。极电位，简称平衡电位。 11当溶液温度为当溶液

9、温度为25、金属离子的浓度为、金属离子的浓度为1mol/L时（即活度时（即活度为为1），测得的平衡电位叫标准电极电位。任意活度下的平），测得的平衡电位叫标准电极电位。任意活度下的平衡电极电位可以表示为衡电极电位可以表示为平衡电极电位的高低反应了金属的氧化还原能力，电极的平衡电极电位的高低反应了金属的氧化还原能力，电极的平衡电位越负，电极上越容易发生氧化反应，电极的平衡平衡电位越负，电极上越容易发生氧化反应，电极的平衡电位的正值越大，电极上越容易发生还原反应。电位的正值越大，电极上越容易发生还原反应。lnZFRTEE平122 2）电极极化与过电位）电极极化与过电位 当有电流通过电极时，电极电位偏

10、离平衡电位的现象。当有电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象。 阴极的电极电位向降低的方向偏移，叫做阴极极化；阳阴极的电极电位向降低的方向偏移，叫做阴极极化；阳极的电极电位向升高的方向偏移，叫做阳极极化。极的电极电位向升高的方向偏移，叫做阳极极化。 把某一定电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称把某一定电流密度下，电极电位与平衡电位的差值称为过电位为过电位平析EE阴极极化时，阴极极化时， 013电化学极化电化学极化: :是由于电极上的电化学反应速度小于电子运动是由于电极上的电化学反应速度小于电子运动速度造成的。速度造成的。 阴极上还原反应的速度小于外电源供给电子的速度，从阴极上还原反应的速

11、度小于外电源供给电子的速度，从而使电极电位向负方向移动而引起的极化作用，称为阴极而使电极电位向负方向移动而引起的极化作用，称为阴极极化。极化。 阳极极化：金属离子进入溶液的速度小于电子由阳极进阳极极化：金属离子进入溶液的速度小于电子由阳极进入外导线的速度，阳极上有过多的正电荷的积累，因此引入外导线的速度，阳极上有过多的正电荷的积累，因此引起电极双电层上负电荷的减少，于是阳极电位就向正方向起电极双电层上负电荷的减少，于是阳极电位就向正方向移动，产生阳极极化。移动，产生阳极极化。14浓差极化：由于溶液中离子扩散的速度小于电子运动速度浓差极化：由于溶液中离子扩散的速度小于电子运动速度造成的。造成的。

12、 电解过程当中，浓差极化是由于电极附近溶液的浓度与电解过程当中，浓差极化是由于电极附近溶液的浓度与本体溶液（离电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生差别本体溶液（离电极较远，浓度均匀的溶液）浓度发生差别产生的。例如，在阴极附近的金属离子沉积到电极上去，产生的。例如，在阴极附近的金属离子沉积到电极上去，使该处的使该处的金属离子浓度不断降低，金属离子浓度不断降低，而溶液本体中金属离子而溶液本体中金属离子扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度从而使电极扩散到该处进行补充的速度赶不上沉积的速度从而使电极附近金属离子的浓度比本体溶液中金属离子的浓度要低，附近金属离子的浓度比本体溶液中金属离子的浓度要低，这

13、样就形成了浓度梯度，由此引起电位的移动。电流增大，这样就形成了浓度梯度，由此引起电位的移动。电流增大，引起的浓差极化越大。浓差极化也是使阴极电极电位变得引起的浓差极化越大。浓差极化也是使阴极电极电位变得更负，阳极电位变得更正。更负，阳极电位变得更正。15阴极上的电镀过程包括三个步骤：阴极上的电镀过程包括三个步骤：（1）液相传质：液相传质：金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴金属的水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴极表面极表面;（2）电化学反应：电化学反应：金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子金属水合离子脱水或络离子解离，金属离子在阴极上得到电子发生还原反应生成金属原子在阴极上得到电子发生

14、还原反应生成金属原子;（3）电结晶：电结晶： 还原的原子进入晶格结点。还原的原子进入晶格结点。5.1.1 5.1.1 电镀过程及反应电镀过程及反应6.2.2 金属的电沉积过程金属的电沉积过程16(1)(1)液相传质步骤液相传质步骤 三种方式：电迁移、对流和扩散。三种方式：电迁移、对流和扩散。n电迁移电迁移 液相中带电粒子在电场作用下向电极迁移的一种液相中带电粒子在电场作用下向电极迁移的一种传质过程。带电粒子可能是进行电极反应的离子，也可能是传质过程。带电粒子可能是进行电极反应的离子，也可能是不参加电极反应的离子。比如导电盐、或是过剩的络合剂，不参加电极反应的离子。比如导电盐、或是过剩的络合剂，

15、它们解离出大量带电粒子参与电迁移过程，而参加电极反应它们解离出大量带电粒子参与电迁移过程，而参加电极反应的带电粒子仅占其溶剂一小部分，因此，电迁移的作用可以的带电粒子仅占其溶剂一小部分，因此，电迁移的作用可以忽略不计。忽略不计。n对流对流 物质的粒子随着液体的流动而传送，就是对流传质。物质的粒子随着液体的流动而传送，就是对流传质。镀液在不搅拌的情况下，镀液流速很小，近似出于静止状态，镀液在不搅拌的情况下，镀液流速很小，近似出于静止状态，这时对流的影响也可以忽略。这时对流的影响也可以忽略。 17n扩散扩散 溶液中的某一组分存在溶液中的某一组分存在浓度差浓度差，该组分物质就会从，该组分物质就会从高

16、浓度区向低浓度区迁移，这个过程叫扩散传质。电镀时，高浓度区向低浓度区迁移，这个过程叫扩散传质。电镀时，阴极表面附近的参加电极反应的金属离子，不断得电子而析阴极表面附近的参加电极反应的金属离子，不断得电子而析出，使参加电极反应的金属离子不断被消耗，这样出，使参加电极反应的金属离子不断被消耗，这样阴极表面阴极表面附近这种金属离子的浓度就会下降，附近这种金属离子的浓度就会下降，在阴极表面附近就出现在阴极表面附近就出现了参加电极反应的金属离子浓度高低逐渐变化的溶液层，称了参加电极反应的金属离子浓度高低逐渐变化的溶液层，称为扩撒层，扩散两端这种金属离子的浓度差推动金属离子不为扩撒层，扩散两端这种金属离子

17、的浓度差推动金属离子不断通过扩散层扩散到阴极表面。溶液不需要流动就可以发生断通过扩散层扩散到阴极表面。溶液不需要流动就可以发生传质过程，扩散总是存在的，传质过程，扩散总是存在的，它是液相传质的主要控制步骤。它是液相传质的主要控制步骤。18(2)电化学反应电化学反应 水化金属离子或络离子通过双电层到达阴极界面后，不水化金属离子或络离子通过双电层到达阴极界面后，不能直接放电生成金属原子，而必须经过在电极表面的转化过能直接放电生成金属原子，而必须经过在电极表面的转化过程。程。水化程度较大的简单金属离子转化为水化程度较小的简水化程度较大的简单金属离子转化为水化程度较小的简单离子，配位数较高的络合离子转

18、化为配位数较低的络合金单离子，配位数较高的络合离子转化为配位数较低的络合金属离子，然后，才能进行得电子的电化学反应。属离子，然后，才能进行得电子的电化学反应。例如，在碱例如，在碱性氰化物镀锌时，性氰化物镀锌时， Zn(OH)42-=Zn(OH)2+2OH- （配位数减少）配位数减少） Zn(OH)2+2e=Zn+2OH- (脱去配位体脱去配位体) 19(3) 电结晶电结晶 它是吸附原子在阴极表面按一定它是吸附原子在阴极表面按一定规律列成新晶体规律列成新晶体的过程。的过程。金属离子放电后形成的吸附原子在金属表面移动，寻找一个金属离子放电后形成的吸附原子在金属表面移动，寻找一个能量较低的位置，在脱

19、去水化膜的同时，进入晶格。能量较低的位置，在脱去水化膜的同时，进入晶格。 如果如果“定位排座定位排座”的速度慢了，后面的就得按先来后到原的速度慢了，后面的就得按先来后到原则等待则等待“排座位排座位”，从而放慢金属离子的还原速度加大阴极，从而放慢金属离子的还原速度加大阴极极化。极化。 6.2.3 电镀液的基本组成电镀液的基本组成 1）镀液构成）镀液构成 主盐主盐+络合剂络合剂+导电盐导电盐+缓冲剂缓冲剂+阳极活化剂阳极活化剂+镀液稳定剂镀液稳定剂+特殊添加剂特殊添加剂n主盐：沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等；主盐：沉积金属的盐类，有单盐，如硫酸铜、硫酸镍等；有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等

20、。有络盐，如锌酸钠、氰锌酸钠等。n络合剂：配合剂与沉积金属离子形成络合物，改变镀液的络合剂：配合剂与沉积金属离子形成络合物，改变镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀层质量有很大影响，是镀液的重要成分。常用络合剂有氰化物、氢氧大影响，是镀液的重要成分。常用络合剂有氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。化物、焦磷酸盐、酒石酸盐、氨三乙酸、柠檬酸等。n导电盐：其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压导电盐：其作用是提高镀液的导电能力，降低槽端电压提高工艺电流密度提高工艺电流密度.例如镀镍液中加人例如镀镍液中加人Na2SO

21、4。导电盐不。导电盐不参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。参加电极反应，酸或碱类也可作为导电物质。n缓冲剂：在弱酸或弱碱性镀液中，缓冲剂：在弱酸或弱碱性镀液中，pH值是重要的工艺参值是重要的工艺参量。加人缓冲剂，使镀液具有自行调节量。加人缓冲剂，使镀液具有自行调节pH值能力，以便值能力，以便在施镀过程中保持在施镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够量才有较值稳定。缓冲剂要有足够量才有较好的效果，一般加人好的效果，一般加人3040gL，例如氯化钾镀锌溶液，例如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。中的硼酸。n阳极活化剂：在电镀过程中金属离子被不断消耗，多数镀液阳极活化剂：在电镀过程中金属离子被不断消耗，多

22、数镀液依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量依靠可溶性阳极来补充，使金属的阴极析出量与阳极溶解量相等，保持镀液成分平衡。加人活性剂能维持阳极活性状态，相等，保持镀液成分平衡。加人活性剂能维持阳极活性状态，不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加人不会发生钝化，保持正常溶解反应。例如镀镍液中必须加人Cl-，以防止镍阳极钝化。，以防止镍阳极钝化。n镀液稳定剂：许多金属盐容易发生水解，而许多金属的氢氧镀液稳定剂：许多金属盐容易发生水解，而许多金属的氢氧化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的金化物是不溶性的。生成金属的氢氧化物沉淀，使溶液中的金属离子大量减少，电镀过

23、程电流无法增大，镀层容易烧焦。属离子大量减少，电镀过程电流无法增大，镀层容易烧焦。n特殊添加剂：为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加人某特殊添加剂：为改善镀液性能和提高镀层质量，常需加人某种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果种特殊添加剂。其加入量较少，一般只有几克每升，但效果显著。显著。特殊添加剂特殊添加剂n光亮剂光亮剂可提高镀层的光亮度。可提高镀层的光亮度。n晶粒细化剂晶粒细化剂能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀能改变镀层的结晶状况，细化晶粒，使镀层致密。例如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的层致密。例如锌酸盐镀锌液中，添加环氧氯丙烷与胺类的缩合物之类的添加剂，镀层就可

24、从海绵状变为致密而光亮。缩合物之类的添加剂，镀层就可从海绵状变为致密而光亮。n整平剂整平剂可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表可改善镀液微观分散能力，使基体显微粗糙表面变平整。面变平整。n润湿剂润湿剂可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基可以降低金属与溶液的界面张力，使镀层与基体更好地附着，减少针孔。体更好地附着，减少针孔。n应力消除剂应力消除剂可降低镀层应力。可降低镀层应力。n镀层硬化剂镀层硬化剂可提高镀层硬度。可提高镀层硬度。n掩蔽剂掩蔽剂可消除微量杂质的影响。可消除微量杂质的影响。246.2.4 电镀的工艺过程电镀的工艺过程电镀工艺过程包括前处理、电镀、后处理三大步：电镀工艺过程包

25、括前处理、电镀、后处理三大步：镀前处理镀前处理 包括抛光或打磨、脱脂、除锈、活化等多道工序，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间的结合力和镀层的完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；整性；镀后处理镀后处理 则关系到镀层的防护性和装饰性效果；镀后处理包则关系到镀层的防护性和装饰性效果；镀后处理包括钝化和浸膜：括钝化和浸膜： 钝化是在新镀出的镀层人为地形成一层致密的氧化物膜，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，以提高镀层的防护性和装饰性。浸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

26、后的零件表面浸涂一层有机或无机高分子膜，以提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和装饰性高镀层的防护性和装饰性 1) 镀液的影响镀液的影响配离子的作用配离子的作用: 配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密，配离子使阴极极化作用增强，所以镀层比较致密，镀液的分散能力也较好，整平能力较高。镀液的分散能力也较好，整平能力较高。主盐浓度的影响主盐浓度的影响: 主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核主盐浓度增大，浓差极化降低，导致结晶形核速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单速率降低，所得组织较粗大。这种作用在电化学极化不显著的单盐镀液中更为明显。稀

27、溶液的分散能力比浓溶液好。盐镀液中更为明显。稀溶液的分散能力比浓溶液好。附加盐的作用附加盐的作用:除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能除可提高镀液的电导性外，还可增强阴极极化能力，有利于获得细晶的镀层。力，有利于获得细晶的镀层。添加剂的作用添加剂的作用:添加剂在镀液中的作用有两种主要方式：形成胶添加剂在镀液中的作用有两种主要方式：形成胶体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用；体吸附在金属离子上，阻碍金属离子放电，增大阴极极化作用；吸附在阴极表面上，阻碍金属离子在阴极表面上放电，或阻碍放吸附在阴极表面上，阻碍金属离子在阴极表面上放电，或阻碍放电离子的扩散，影响沉积结晶过程，

28、并提高阴极极化作用。电离子的扩散，影响沉积结晶过程，并提高阴极极化作用。6.2.5 影响电镀层质量的基本因素影响电镀层质量的基本因素2) 电镀参数影响电镀参数影响电流密度的影响电流密度的影响: 每种镀液有它最佳的电流密度范围。提高每种镀液有它最佳的电流密度范围。提高电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层致密，镀速升电流密度，必然增大阴极极化作用。使镀层致密，镀速升高。但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦；电流密度过高。但电流密度过大，镀层会被烧黑或烧焦；电流密度过低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀层。低，镀层晶粒粗化，甚至不能沉积镀层。电流波形的影响电流波形的影响:电流波形对镀层质量的影响，在某些

29、镀液电流波形对镀层质量的影响，在某些镀液中非常明显，例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬中非常明显，例如单相半波或全波整流用于镀铬时，镀铬层是灰黑色的。而三相全波整流的波形与稳压直流相似，层是灰黑色的。而三相全波整流的波形与稳压直流相似，它们的电镀效果和质量没有明显区别。它们的电镀效果和质量没有明显区别。周期换向电流的作用周期换向电流的作用:周期性地改变直流电流方向可适当控周期性地改变直流电流方向可适当控制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、制换向周期、电镀时间和退镀时间，可使镀层均匀、平整、光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀件凸出处较厚的光亮。因为退镀时，可去除劣质镀层和镀

30、件凸出处较厚的镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。镀层；周期换向还可减弱阴、阳极的浓差极化作用。温度的影响温度的影响: 通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶通常温度升高，阴极极化作用降低，镀层结晶粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高，粗大；但允许提高电流密度上限，并使阴极电流效率提高，改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同改善镀层韧性和镀液的分散能力，减少镀层吸氢量。不同的镀液有其最佳温度范围。的镀液有其最佳温度范围。搅拌的影响：搅拌的影响：搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极搅拌增强电解液的流动，降低阴极的浓差极化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流

31、密度，这可抵化，使镀层结晶粗大，但搅拌允许提高电流密度，这可抵消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整消降低浓差极化的作用，并提高生产率。搅拌还可增强整平剂的效果。平剂的效果。3) pH值及析氢的影响值及析氢的影响npH值的影响：值的影响：镀液的镀液的pH值影响氢的放电电位，碱性夹杂物值影响氢的放电电位，碱性夹杂物的沉淀，沉积金属的配合物或水化物的组成，以及添加剂的沉淀，沉积金属的配合物或水化物的组成，以及添加剂的吸附程度。在酸性溶液中，氢过电位随的吸附程度。在酸性溶液中，氢过电位随pH值的增大而升值的增大而升高，而在碱性溶液中情况恰好相反。因此在弱酸及弱碱电高，而在碱性溶液中情况恰

32、好相反。因此在弱酸及弱碱电镀液中，控制镀液中，控制pH值是很重要的。值是很重要的。pH值对硬度和应力的影响，值对硬度和应力的影响，可能主要是通过夹杂物的性质和分布起作用的。可能主要是通过夹杂物的性质和分布起作用的。n析氢的影响：析氢的影响：阴极上金属沉积时，总伴随着氢气的析出。阴极上金属沉积时，总伴随着氢气的析出。氢气析出的原因是金属离子的沉积电位较负，或者氢的析氢气析出的原因是金属离子的沉积电位较负，或者氢的析出过电位较低。氢的析出对镀层质量的影响是多方面的，出过电位较低。氢的析出对镀层质量的影响是多方面的，其中以氢脆、针孔、起泡最为严重。其中以氢脆、针孔、起泡最为严重。4) 基体金属对镀层

33、的影响基体金属对镀层的影响基体金属性质的影响基体金属性质的影响: 镀层的结合力与基体金属的化学性质及镀层的结合力与基体金属的化学性质及晶体结构密切相关。如果基体金属电位负于沉积金属电位，就晶体结构密切相关。如果基体金属电位负于沉积金属电位，就难以获得结合良好的镀层，甚至不能沉积。若材料（如不锈钢、难以获得结合良好的镀层，甚至不能沉积。若材料（如不锈钢、铝等）易于钝化，不采取特殊活化措施也难以得到高结合力镀铝等）易于钝化，不采取特殊活化措施也难以得到高结合力镀层。基体材料与沉积金属其晶体结构相匹配时，利于结晶初期层。基体材料与沉积金属其晶体结构相匹配时，利于结晶初期的外延生长，易得到高结合力的镀

34、层。的外延生长，易得到高结合力的镀层。n表面加工状态的影响表面加工状态的影响: 镀件表面过于粗糙、多孔、有裂纹，镀件表面过于粗糙、多孔、有裂纹，镀层亦粗糙。在气孔、裂纹区会产生黑色斑点，或鼓泡、剥落镀层亦粗糙。在气孔、裂纹区会产生黑色斑点，或鼓泡、剥落现象。铸铁表面的石墨有降低氢过电位的作用，氢易于在石墨现象。铸铁表面的石墨有降低氢过电位的作用，氢易于在石墨位置析出，阻碍金属沉积位置析出，阻碍金属沉积。5) 前处理的影响前处理的影响n 镀件电镀前，需对镀件表面作精整和清理，去除毛刺、镀件电镀前，需对镀件表面作精整和清理，去除毛刺、夹砂、残渣。油脂、氧化皮、钝化膜，使基体金属露出洁夹砂、残渣。油

35、脂、氧化皮、钝化膜，使基体金属露出洁净、活性的晶体表面。这样才能得到健全、致密、结合良净、活性的晶体表面。这样才能得到健全、致密、结合良好的镀层。好的镀层。n前处理不当，将会导致镀层起皮、剥落、鼓泡、毛刺、发前处理不当，将会导致镀层起皮、剥落、鼓泡、毛刺、发花等缺陷。花等缺陷。31镀锌的目的镀锌的目的: 锌是较活泼金属，锌的标准电极电位是锌是较活泼金属，锌的标准电极电位是-0.76V，它的电位比铁负，对铁来说是阳极，用来防止钢铁的腐蚀。它的电位比铁负，对铁来说是阳极，用来防止钢铁的腐蚀。镀锌有热浸镀和电镀两种方法，热浸镀锌容易获得镀锌有热浸镀和电镀两种方法，热浸镀锌容易获得50g/m2以上厚度

36、的镀层，而电镀锌可以经济地获得以上厚度的镀层，而电镀锌可以经济地获得50g/m2以下的以下的镀层厚度。镀层厚度。电镀锌的工艺可采用酸性电镀液镀锌、碱性电镀液镀锌两电镀锌的工艺可采用酸性电镀液镀锌、碱性电镀液镀锌两种，使用种，使用纯锌作为阳极纯锌作为阳极。 6.3 单金属电镀单金属电镀6.3.1电镀锌电镀锌32336.3.2.电镀铜电镀铜 铜的电位比铁正，钢铁件上镀铜层呈阴极性，当镀层铜的电位比铁正，钢铁件上镀铜层呈阴极性，当镀层有孔隙时，铁会呈阳极加速腐蚀，所以镀铜有孔隙时，铁会呈阳极加速腐蚀，所以镀铜不单独用作防不单独用作防护和装饰护和装饰，镀铜主要用于多层电镀，用作防护装饰性镀层，镀铜主要

37、用于多层电镀，用作防护装饰性镀层体系的体系的底层或中间层底层或中间层，来提高基体金属同表面镀层的结合，来提高基体金属同表面镀层的结合力，还可以用于钢铁件的防渗碳、印刷线路板、塑料电镀力，还可以用于钢铁件的防渗碳、印刷线路板、塑料电镀和电铸模等方面。和电铸模等方面。 硫酸盐镀铜镀液成分简单，电流效率高，溶液稳定，硫酸盐镀铜镀液成分简单，电流效率高，溶液稳定，不产生有害气体，如果加进光亮剂，还可以得到非常光亮不产生有害气体，如果加进光亮剂，还可以得到非常光亮的镀层，缺点是均镀能力较差。采用氰化物镀铜液，能得的镀层，缺点是均镀能力较差。采用氰化物镀铜液，能得到均匀的、附着性好的镀层。到均匀的、附着性

38、好的镀层。 346.3.3 电镀铬电镀铬 铬是略带蓝色的银白金属，镀铬具有美丽的光泽，耐铬是略带蓝色的银白金属，镀铬具有美丽的光泽，耐腐蚀，硬度高，摩擦系数小，放光能力强，有较好的耐热腐蚀，硬度高，摩擦系数小，放光能力强，有较好的耐热性。主要有装饰防护性镀铬、镀硬铬（耐磨铬）、乳白性。主要有装饰防护性镀铬、镀硬铬（耐磨铬）、乳白镀铬（用于汽车、飞机、船舶上的零件）、槽孔镀铬（镀镀铬（用于汽车、飞机、船舶上的零件）、槽孔镀铬（镀铬后，进行阳极槽孔处理，使镀层的网状裂纹扩大和加深，铬后，进行阳极槽孔处理，使镀层的网状裂纹扩大和加深，以达到能储存润滑油，降低零件摩擦系数，延长使用寿命以达到能储存润滑

39、油，降低零件摩擦系数，延长使用寿命的目的，用于内燃机、压缩机的活塞环）。的目的，用于内燃机、压缩机的活塞环）。工业上广泛采用的镀铬电解液的主要成分是铬酐工业上广泛采用的镀铬电解液的主要成分是铬酐,在一般情在一般情况下铬酐溶于水后生成铬酸和重铬酸。况下铬酐溶于水后生成铬酸和重铬酸。 35太阳能集热器 黑铬喇叭 三价黑铬366.3.4 电镀镍电镀镍 镍是白色金属，硬度高，具有磁性，易抛光而光泽性镍是白色金属，硬度高，具有磁性，易抛光而光泽性好，可以作为表面镀层，也可作为多层电镀的底层或中间好，可以作为表面镀层，也可作为多层电镀的底层或中间层，镍在空气中能生成一层钝化膜，耐蚀性较好。层，镍在空气中能

40、生成一层钝化膜，耐蚀性较好。 “瓦特瓦特”型镀浴型镀浴,氨基磺酸镀浴和氟硼酸盐镀浴三种氨基磺酸镀浴和氟硼酸盐镀浴三种,应应用最广的用最广的 “瓦特瓦特 ”型镀液的工艺型镀液的工艺6.4 合金电镀合金电镀n两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金镀层。合金镀层。n通常其最小组分应大于通常其最小组分应大于1，而某些镀层，合金含量虽少于，而某些镀层，合金含量虽少于1，但对镀层性能影响大，也可称为合金镀层。，但对镀层性能影响大，也可称为合金镀层。n已研究过的电镀合金体系已超过已研究过的电镀合金体系已超过230多种，在工业上获得应多种，在工业上获得应用的约有用

41、的约有30余种，比单金属镀层种类多。合金镀层比单金属余种，比单金属镀层种类多。合金镀层比单金属镀层具有许多独特而优异的性能是电镀技术的研究与开发的镀层具有许多独特而优异的性能是电镀技术的研究与开发的重点领域之一。重点领域之一。1.合金电镀的特点合金电镀的特点（1）容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如）容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni合金。合金。（2）可获得热熔相图没有的合金）可获得热熔相图没有的合金,-铜锡合金。铜锡合金。（3）容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如）容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如 Ni-P合金。合金。（4）在相同合金成分下，电镀合金与热熔

42、合金比，硬度高，）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。延展性差。合金镀层的主要特点合金镀层的主要特点与单金属镀层相比，合金镀层有如下主要特点：与单金属镀层相比，合金镀层有如下主要特点：n合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。n可以获得非晶结构镀层，如可以获得非晶结构镀层，如 Ni-P镀层。镀层。n合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能，例如导磁性、合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能，例如导磁性、减摩性（自润滑性）、钎焊性。减摩性（自润滑性）、钎焊性。n合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、耐蚀、更耐合金镀层可具备比组成它们的单

43、金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。但延展性和韧性通常有所降低。高温，并有更高硬度和强度。但延展性和韧性通常有所降低。n不能从水溶液中单独电沉积的不能从水溶液中单独电沉积的W，Mo，Ti，V等金属可与铁等金属可与铁族元素（族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。）共沉积形成合金。n通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，例通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，例如银合金、彩色镀镍及仿金合金等，具有更好的装饰效果。如银合金、彩色镀镍及仿金合金等，具有更好的装饰效果。1）合金共沉积的条件）合金共沉积的条件两种金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还两种

44、金属离子共沉积除需具备单金属沉积的基本条件外，还应具备以下两个基本条件：应具备以下两个基本条件：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。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。有些金属如有些金属如W，Mo等不能从其盐的水溶液中沉积出来，等不能从其盐的水溶液中沉积出来，但它可以借助诱导沉积与铁族金属共沉积。但它可以借助诱导沉积与铁族金属共沉积。共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。如果相差太如果相差太大，电位较正的金属优先沉积，甚至完全排斥电位较负的大，电位较正的金属优先沉积，甚至完全排斥电位较负的金属析出。金属析出。2.合金电镀

45、原理合金电镀原理2）实现共沉积的方法）实现共沉积的方法（1） 改变镀液中金属离子的浓度比。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。贵金属离子浓度，使其电位负移，使两者的电位接近。（2） 采用适当的络合剂。采用适当的络合剂。 这是使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效这是使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效方法。方法。（3） 采用特定的添加剂。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，使之实现共沉某种添加剂可能对某些金属沉积起作用，使之

46、实现共沉积。积。6.5 电刷镀电刷镀 n电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供电刷镀是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，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。所以，刷镀又称无槽镀或涂镀。从而获得电镀层。所以，刷镀又称无槽镀或涂镀。 1. 电刷镀的原理与特点电刷镀的原理与特点 直流电源的正极通直流电源的正极通过导线与镀笔相联，负过导线与镀笔相联，负极通过导线和工件相联，极通过导线和工件相联，当电流方向由镀笔流向当电流方向由镀笔流向工件时为正向电流，正工件时为正向电流，正向电流接通时发生电沉向电流接通

47、时发生电沉积；电流方向从工件流积；电流方向从工件流向镀笔时为反向电流，向镀笔时为反向电流，反向电流接通时工件表反向电流接通时工件表面发生溶解。面发生溶解。n由于刷镀无需电镀槽，两极距离很近，所以常规电镀的由于刷镀无需电镀槽，两极距离很近，所以常规电镀的溶液不适用来作刷镀溶液。刷镀溶液中的金属离子的浓溶液不适用来作刷镀溶液。刷镀溶液中的金属离子的浓度要高得多，因此需要配制特殊的溶液。度要高得多，因此需要配制特殊的溶液。n完整的刷镀过程还应包括预处理过程。预处理过程包括：完整的刷镀过程还应包括预处理过程。预处理过程包括：镀前工件表面的电清洗和电活化工序，这些处理都使用镀前工件表面的电清洗和电活化工

48、序，这些处理都使用同一电源，只是镀笔、溶液、电流方向等工艺条件不同同一电源，只是镀笔、溶液、电流方向等工艺条件不同而已。而已。 刷镀具有以下特点：刷镀具有以下特点： n镀层结合强度高，在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也镀层结合强度高，在钛、铝、铜、铬、高合金钢和石墨上也具有很好的结合强度。具有很好的结合强度。n设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。设备简单、工艺灵活、操作方便，可以在现场作业。n可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。例如对某些重量可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。例如对某些重量重、体积大的零件实行局部电镀。重、体积大的零件实行局部电镀。n生产效率高。刷镀的速度是一

49、般槽镀的生产效率高。刷镀的速度是一般槽镀的1015倍；辅助时间倍；辅助时间少；且可节约能源，是糟镀耗电量的几十分之一。少；且可节约能源，是糟镀耗电量的几十分之一。n操作安全，对环境污染小。刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药操作安全，对环境污染小。刷镀的溶液不含氰化物和剧毒药品，可循环使用，耗量小，不会因大量废液排放而造成污染。品，可循环使用，耗量小，不会因大量废液排放而造成污染。2. 刷镀溶液刷镀溶液预处理溶液预处理溶液: 预处理溶液可分为电净液和活化液两类：预处理溶液可分为电净液和活化液两类：n电净液：用于清洗工件表面的油污电净液：用于清洗工件表面的油污n活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层，

50、使基体金属活化液：用于去除金属表面的氧化膜和疲劳层，使基体金属的晶格显露出来的晶格显露出来电镀溶液电镀溶液: 根据镀层的成分，金属电镀溶液分为单金属电镀根据镀层的成分，金属电镀溶液分为单金属电镀液和合金电镀液。每类金属电镀液又根据其沉积速率、镀液液和合金电镀液。每类金属电镀液又根据其沉积速率、镀液的性质、镀层的性能等特点分成许多品种的性质、镀层的性能等特点分成许多品种退镀溶液退镀溶液: 可把旧镀层或不合格的镀层去掉可把旧镀层或不合格的镀层去掉钝化液钝化液: 用于在用于在Zn、Al、Cd等金属表面，生成能提高表面耐等金属表面，生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜的溶液。蚀性的钝态氧化膜的溶液。刷镀溶

51、液的特性刷镀溶液的特性 金属离子的含量较高。如镀金属离子的含量较高。如镀Ni液中离子含量液中离子含量5355g/l 镀液的温度范围比较宽镀液的温度范围比较宽 镀液的性质比较稳定。在刷镀过程中虽然金属离子不断镀液的性质比较稳定。在刷镀过程中虽然金属离子不断沉积，但由于电极上的电阻热使溶液不断蒸发，综合结沉积，但由于电极上的电阻热使溶液不断蒸发，综合结果使离子浓度下降并不大，因而果使离子浓度下降并不大，因而pH值变化也不大值变化也不大 均镀能力和深镀能力较好均镀能力和深镀能力较好 镀液的毒性与腐蚀性较小镀液的毒性与腐蚀性较小3. 刷镀工艺简介刷镀工艺简介 （1）工艺过程）工艺过程: 刷镀工艺过程包

52、括工件表面的准备阶段和刷镀两刷镀工艺过程包括工件表面的准备阶段和刷镀两个阶段。准备阶段的主要目的是提高镀层的结合强度；刷镀阶个阶段。准备阶段的主要目的是提高镀层的结合强度；刷镀阶段的主要目的是获得质量符合要求的镀层。段的主要目的是获得质量符合要求的镀层。（2）水冲洗问题）水冲洗问题: 在电净、活化工序之间均采用自来水冲洗；在在电净、活化工序之间均采用自来水冲洗；在最后一道活化工序和刷镀过渡层工序之间以及刷镀过渡层与工最后一道活化工序和刷镀过渡层工序之间以及刷镀过渡层与工作层工序之间，一般采用蒸馏水冲洗。作层工序之间，一般采用蒸馏水冲洗。（3）刷镀前无电擦拭工件表面）刷镀前无电擦拭工件表面: 开

53、始刷镀前，在未接通电源前用开始刷镀前，在未接通电源前用刷镀笔蘸上要刷的溶液，在工件上擦拭几秒钟再通电，会提高刷镀笔蘸上要刷的溶液，在工件上擦拭几秒钟再通电，会提高镀层的结合强度。这是因为无电擦拭可在表面上预先使溶液充镀层的结合强度。这是因为无电擦拭可在表面上预先使溶液充分润湿，达到分润湿，达到pH值一致、金属离子均布的目的。值一致、金属离子均布的目的。 （4）过渡层：）过渡层： 过渡层是位于基体金属和工作镀层之间的过渡层是位于基体金属和工作镀层之间的特殊层。过渡层不仅与基体之间要有良好的结合性，特殊层。过渡层不仅与基体之间要有良好的结合性，也要与工作层之间有良好的结合性。过渡层既增大了也要与工

54、作层之间有良好的结合性。过渡层既增大了工作层与基体的结合力，又可提高工作层的稳定性，工作层与基体的结合力，又可提高工作层的稳定性，防止工作层原子向基体中的扩散等。防止工作层原子向基体中的扩散等。（5）工作镀层：位于过渡层之上的工作镀层要保证与过）工作镀层：位于过渡层之上的工作镀层要保证与过渡层之间有良好的结合强度，保证自身有良好的强度，渡层之间有良好的结合强度，保证自身有良好的强度，满足工件的要求并有尽可能高的沉积生产率。满足工件的要求并有尽可能高的沉积生产率。电化学处理工件表面电化学处理工件表面n工件刷镀前首先要用各种机械方法去掉氧化皮、油垢结碳工件刷镀前首先要用各种机械方法去掉氧化皮、油垢

55、结碳层，并尽可能整光整平。层，并尽可能整光整平。n在机械清理的基础上，必须用电化学的方法去除工件表面在机械清理的基础上，必须用电化学的方法去除工件表面的油膜和氧化膜，即把工件刷以电净液后接通电源（工件的油膜和氧化膜，即把工件刷以电净液后接通电源（工件一般为阴极），这样，工件表面析出的气体会把油膜破坏，一般为阴极），这样，工件表面析出的气体会把油膜破坏，然后被皂化排除。然后被皂化排除。n刷镀前进行活化的目的是去除工件的氧化膜。活化液应根刷镀前进行活化的目的是去除工件的氧化膜。活化液应根据不同的金属材料选用。据不同的金属材料选用。4. 刷镀技术的应用刷镀技术的应用 n刷镀技术设备简单，操作容易，镀

56、层结合牢固，经济刷镀技术设备简单，操作容易，镀层结合牢固，经济效益显著，目前已用于各机械行业及电力、电子、化效益显著，目前已用于各机械行业及电力、电子、化工、纺织等许多部门。工、纺织等许多部门。n目前刷镀工艺主要用于机械设备的维修，也用来改善目前刷镀工艺主要用于机械设备的维修，也用来改善零部件的表面理化性能。零部件的表面理化性能。n一般说来，若沉积的厚度小于一般说来，若沉积的厚度小于0.2 mm，采用刷镀比其，采用刷镀比其它维修方法合算，诸如：滚动轴承的修理；轴颈的修它维修方法合算，诸如：滚动轴承的修理；轴颈的修理；孔类零件的修理；平面、键槽的修理。此外，低理；孔类零件的修理；平面、键槽的修理。此外，低应力镍、钴、锌、铜等刷镀层可用于防腐。应力镍、钴、锌、铜等刷镀层可用于防腐。6.6 化学镀化学镀n化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法化学镀：是指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，形成镀层的一种表面加工方法。自催化镀、无电解镀成镀层的一种表面加工方法。自催化镀、无电解镀n被镀