6-现代表面技术-电镀2

1、回想：电镀技术电镀原理电镀根本过程影响电镀涂层的要素阴极复原反响：Men+ne=Me 阳极氧化反响：Me-ne= Men+ .6.3 合金电镀在阴极上同时堆积出两种或两种以上金属，构成构造和性能符合要求的镀层的工艺过程合金电镀往往具有单金属无法到达的特殊性能:其色泽、外观、硬度、致密性、电磁性、化学稳定性、耐高温性、耐磨性和镀层构造等通常都优于单金属镀层。 合金电镀.根据电镀合金的特性和运用来分类: 1防护性合金镀层常用镀层: Zn-Ni、Zn-Fe、 Zn - Co、 Zn-Ti等； Cr-Ni、Cr-Mo、Cr-W以及Ni-P、Ni-B等合金镀层； Pb-Sn、Pb-In、Pb-Ag、Pb

2、-Sn-Cu、Pb-Sb-Sn等合金镀层。性能运用：具有优良的防护性。另外其电镀工艺多具有低氢脆性，因此，特别适用于汽车、船舶、航空和航天等工业。 2防护装饰性合金镀层 常用镀层:多层镀层，以 Cu-Sn、Ni-Fe做镀铬底层；以锡为基的某些合金，如Sn-Co、Sn-Ni和Sn-Ni-x(x为Zn 、Cd等金属)合金等，镀层外观似铬，替代装饰性镀铬。 6.3.1合金电镀的分类.电镀可焊性合金镀层：Sn-Pb(60-40)合金，已在印刷线路板上得到广泛运用。电镀磁性合金镀层：Co-Ni和Ni-Fe等磁性合金镀层，已在计算机和记录安装上作为记忆元件运用。其他如Co-Fe、Co-Cr、Co-W、Ni

3、-Fe-Co和Ni-Co-P等也具有良好的磁性。 4电镀贵金属合金主要指电镀以金、银、钯等贵金属为基的合金，如Au-Co、Au-Ni、Au-Ag、Ag-Zn、Ag-Sb锑和Pd钯-Ni合金等，其中Pd-Ni合金作为代金镀层，用以节约贵金属。这类合金多用在电子元器件上。 3功能性合金. 1单盐电解液从简单金属镀液中实现金属的共堆积，如从氯化物体系中电堆积Zn-Ni、 Zn-Fe、 Zn - Co合金。特点成分简单，容易维护，电流效率高，但分散才干和覆盖才干较差。2络合物电解液大多数合金镀层是从络合物电解液中堆积出来的。特点分散才干和覆盖才干好，但镀液成分比较复杂，维护和控制比较费事。3有机溶剂电

4、解液有些金属离子，很难从水溶液中共堆积，但在有机溶剂中的堆积电位比在水溶液中更接近，因此容易共堆积，如Al-Mn、Al-Cr、Al-Ni等。根据电镀液的类型来分：.电镀合金与热熔法得到的合金相比较，具有以下特点：1制备新型合金：可获得热熔法制的合金相图上没有的合金相，如Cu- Ni、Sn-Ni合金。2非晶态合金：可获得热熔法不能制取的性能优良的非晶态合金，如Ni- P合金和Ni-B合金等，而非金属P和B不能单独从水溶液中电堆积出来。3获得在水溶液中难以单独电堆积的金属，如Ni-W合金和Ni-Mo合金中的w 和Mo等4易获得高熔点金属与低熔点金属构成的合金，如Zn-Ni合金等5电镀法得到的合金比

5、普通热熔法得到的合金硬度高、耐磨性好，如Ni-Co 合金和Ni-P合金等。.6.3.2合金电镀的原理1单金属的堆积电位 对于单金属来说，其堆积电位等于它的平衡电位和过电位之和 -堆积电位或析出电位V-平衡电极电位(V)-金属离子在阴极上放电的过电位V.2合金电堆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堆积出来。 有些金属如W,Mo等不能从其盐的水溶液中堆积出来，但可以借助诱导堆积与铁族金属共堆积。共堆积的两金属的堆积电位须非常接近。 假设相差太大，那么电位较正的金属将优先镀出来，甚至完全排斥电位较负金属的析出，这样就不能构成合金镀层。例如，Pb(-0.126V)与Sn (-0.V)、

6、Ni (0.25V)与Co(0.277V)、Cu(0.34V)与Bi(0.32V)，它们的规范电极电势比较接近，通常可以从它们的简单盐溶液中实现共堆积。.3实现合金共堆积的方法改动镀液中金属离子的浓度 增大较活泼金属的浓度使它的电位正移，或者降低较贵金属离子的浓度使它的电位负移从而它们的电位接近。采用络合剂 金属络离子能降低离子的有效浓度，使电位较正金属的平衡电位负移的绝对值大于电位较负的金属。参与适当的添加剂 有些添加剂能显著地增大或降低阴极极化，改动金属的析出电位。添加剂在阴极外表的阻化作用常带有一定的选择性。一种添加剂能够对几种金属的电堆积起作用，而对另一些金属的电堆积那么无效果。.6.

7、3.3共堆积合金镀层的构造类型 主要有四类： 1机械混合物 构成合金镀层的组元仍坚持原来组元的构造和性质，组元间不发生相互作用。如：Sn-Pb、Cd-Zn、Sn-Zn、Cu-Ag等。2固溶体 溶质原子溶入溶剂的晶格中，仍坚持溶剂金属的晶格类型。有间隙固溶体和置换固溶体。当从焦磷酸盐溶液中电堆积铜锌合金时，构成铜锌置换固溶体合金。 .3金属间化合物 金属间化合物是合金各组分间相互发生作用，从而生成一种新相，其晶格类型和性能完全不同于任一组分。 金属间化合物普通可以用分子式来大致表示其组成，但它与普通化合物不同，除离子键和共价键外，金属键也在不同程度上起作用，使这种化合物具有一定程度的金属性质，故

8、称为金属间化合物。例如：铜锡合金(Cu6Sn5)、锡镍合金(Ni3Sn2)等。 4非晶态合金 也叫金属玻璃。原子陈列无序，没有晶界、位错等晶格缺陷，无偏析景象，具有各一样性。性能与晶体不同，高耐蚀性、高硬度、高导热性、磁性能等。如：Ni-P、Ni-B、Fe-Mo、Co-Re、Ni-W-P、Ni-Fe-P合金等。.6.4 复合电镀6.4.1复合电镀定义及特点 复合电镀是经过金属电堆积的方法，将一种或数种不溶性的固体颗粒，均匀地夹杂到金属镀层中所构成的特殊镀层。这种制备复合镀层的方法，称为复合电镀composite plating。这种技术还被叫做弥散电镀dipersion plating,镶嵌电

9、镀incrustation plating或分散电镀。.特点： 1不需求高温即可获得复合镀层 2复合电镀的投资少，操作简单、易于控制，本钱低，能耗少。3基质金属与固体颗粒的不同的组合，可获得多种多样的复合镀层。4可用廉价的基体资料镀上复合镀层，替代由贵重原资料制造的零部件。经济效益非常显著。 任何金属镀层都可以成为复合镀层的基体资料，但研讨和运用得较多的有镍、铜、铁、钴、铬、锌、银、金、铅、镍-磷、镍-硼、镍-铁、铝-锡、铜-锡等。固体微粒主要有金属氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等无机化合物分散剂，尼龙、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等有机分散剂，石墨等。.Ni-W-P RE-Ni-W-P-SiC .(

10、a) pure Pb electrode (b) direct current Pb-WC-PANI composite electrode .6.4.2复合镀的条件 1粒子在镀液中是充分稳定的粒子在镀液中要完全润湿，构成分散均匀的悬浮液；粒子的粒度要适当；要有适当的搅拌，这既是坚持微粒均匀悬浮的必要措施，也是使粒子高效率保送到阴极外表并与阴极碰撞的必要条件。 2镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于粒子吸附阳离子外表活性剂及金属离子。.6.4.3复合电镀的机理1吸附机理：首先是携带着离子与溶剂分子膜的微粒吸附在电极外表上，构成弱吸附。然后脱去它所吸附的离子和溶剂分子膜，与阴极外表直接接触

11、，构成不可逆的的电化学吸附，成为强吸附。在金属电堆积过程中，将强吸附的微粒嵌入镀层。2机械截留俘获机理：是经过搅拌使镀液中的微粒悬浮起来，使微粒有时机停留在阴极外表，被电堆积的金属嵌入镀层中。3电化学机理：固体颗粒本身不带电，但它可以静电吸附溶液中的正离子，在电场作用下，随着这些正离子一同向阴极运动，在阴极双电层就会发生微粒的电泳迁移，夹杂在金属离子复原而堆积的镀层中，从而构成复合镀层。.不易撕裂的镀铝复合膜有色金属复合镀膜资料镀氟钢丝圈Ni-P-金刚石复合镀.6.5非晶态电镀非晶态电镀： 用电堆积的方法来制取非晶态合金镀层 构造特征长程无序，短程有序组织构造特殊性 优良特性：高强度，高耐蚀性

12、，高透磁率，超导性，化学选择性。.6.5.1 非晶态合金镀层的性能耐蚀性力学性能 磁性 软磁性镀层：包括具有20-50奥斯特磁矫顽力的Ni-Fe合金镀层，可用于制做计算机存储器件硬磁性镀层 ：磁矫顽力约200奥斯特以上，常用的有Cu-P等 Ni-P非晶体合金镀层具有较高的强度和硬度，特别是Cr-C非晶态超硬度合金镀层，与普通的硬铬层相比，其硬度更高，耐磨性更优良。均匀的单相无晶体缺陷均匀的钝化膜耐蚀性提高Ni-P非晶体合金 Ni镀层，耐蚀性随P含量的添加而提高.6.5.2非晶态电镀的堆积原理 电镀非晶态是一种非晶体的镀膜方法，本质上属于合金电镀的范畴。它的电镀过程与普通的晶态电镀有其一样的规律

13、，也有一些不同的特点。由于非晶态电堆积涉及化学、电化学、冶金、物理等一系列过程，因此很难提出一致的看法和机理。过电位实际成分控制实际原子结合实际过电位大那么晶核临界半径小，形核率也多。晶核的临界尺寸愈小，当晶核的临界尺寸很小时，就得到非晶态构造。非晶态合金镀层的组成其成分范围在共晶点附近，才干非晶态构造。如 Ni-P合金镀层，当P质量分数时为非晶态镀层。异种原子的亲和力比同种原子相互凝聚的作用更强，镀层成为异种原子随机结合的构造，原子尺寸不同，陈列不整齐，成为非晶态镀层。.与液态急冷等物理方法相比较，电镀法制备非晶态合金具有以下优点：1、镀层构造可延续变化，即非晶构造晶态构造2、改动电堆积条件

14、，可以制备不同组成的非晶态合金镀层。3、可以制造大面积及外形复杂的非晶态合金。4、可以在非金属基材上得到非晶态合金5、适于延续作业和批量消费。. 6.6.1电刷镀定义及特点定义：电刷镀是电镀的一种特殊方式，不用渡槽，只需在不断供电解液的条件下，用一支镀笔在工件外表上进展擦拭，即可获得电镀层。特点： 设备工艺简单，操作方便，不需求大的渡槽设备。 镀层种类多，与基结合力强，力学性能好 堆积速度快，消费效率高 刷镀液不含氰化物和剧毒药品，操作平安污染小。 但存在劳动强度大，耗费阳极包缠资料等缺陷。6.6电刷镀.6.6.2任务设备及原理： 电刷镀设备由公用直流电源、镀笔及供液、集液安装组成。1平安轻便

15、的电源设备 一台电刷镀电源通常由强电电路、弱电电路和过载维护电路三部分构成。电刷镀电源外观表示图.2外形多样的镀笔 镀笔是电刷镀的公用工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热安装组成。由于零件外形各异，所以镀笔笔身的外形必然多种多样，以便与零件外表外形更好地吻合。镀笔的根本构造见以下图。. 阳极外形：根据被镀零件的外表外形，阳极可以加工成不同外形：圆柱、圆棒、月牙、长方、半圆、细棒和扁条等。3灵敏多变的供液、集液安装： 刷镀时，根据被镀零件的大小，可以采用不同的方式给镀口供液，如蘸取式、浇淋式和泵液式。.4 电刷镀原理。镀笔为阳极，电源的负极接零件，零件为阴极。操作者手持镀笔，蘸满镀液，以一定的相对运

16、动在零件外表上刷拭，并坚持适当的压力。镀液中的金属离子在电场力的作用下，分散到零件外表，获得电子被复原成金属原子，堆积结晶构成镀层。随着刷镀时间的增长，镀层增厚。.6.6.3电刷镀的运用：零件修复及制造 1填补零件外表的划伤沟槽、压坑 2恢复磨损零件的尺寸精度和几何外形精度 3补救加工超差产品零件强化： 提高耐磨性延伸寿命 提高零件外表的耐高温性能 提高零件外表的钎焊性 提高零件外表的导电性 减小零件外表的摩擦因数 提高零件外表的防腐性 精饰零件外表.典型运用1、火力发电机组电机转子的修复 火力发电机转子轴承部位经长期高速运转，轴颈部位有严重拉伤，深约1-3mm。 采用刷镀技术，把镀层填充至高

17、于原尺寸约0.2mm，然后经过精修研磨抛光使镀层到达尺寸精度，普通刷镀修复工时约5-7天。如全部解体运到消费厂家处置工期约两个月左右，因此采用刷镀技术，可减少因停产损失约3.6亿度电。.典型运用2、印刷机械滚筒的修复1 拉伤沟槽; 2 部分腐蚀。 压印滚筒以上两种损坏都可以采用刷镀镍等镀层恢复至原尺寸，然后精修到达要求，假设改换新滚筒，拆机装机费用非常昂贵，停产损失就更大了。采用刷镀技术工期约1-2天。.运用3、 天衣无缝的液压杆快速修复技术工程机械的液压杆，由于长期滑动运转过程中，外表拉伤，碰伤、电击伤常有发生。液压杆损伤部位假设不及时修复，损伤处会拉伤密封环呵斥严重漏油问题，使机械不能正常任务。采用刷