材料表面技术第二章电镀与化学镀课件

第二章电镀与化学镀（电镀、电刷镀、化学镀）.第二章电镀和化学镀

第一节电镀定义：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基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。目的：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、焊接性及电、磁、光学性能等。.镀层种类：1、防护性，例如Zn、Zn-Ni、Cd、Sn等2、防护-装饰性，例如Cu-Ni-Cr3、装饰性，例如Au及Cu-Au仿金4、耐磨和减磨，例如硬铬，松孔镀Ni-SiC，Ni-石墨，5、电性能，例如Au，Ag，Rh等6、磁性能软磁Ni-Fe，Fe-Co，硬磁Co-P7、可焊性，例如Sn—Pb，Cu，Sn，Ag等8、耐热，例如Ni-W，Ni，Cr9、修复用，例如Ni，Cr，Fe.一、电镀的基本知识二、电镀工艺过程中的镀前预处理和镀后处理三、电镀金属四、电镀合金内容.第一节电镀一、电镀的基本知识（一）电镀液1、主盐：是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。2、络合剂：能络合主盐中金属离子形成络合物的物质，细化晶粒，改善分散和覆盖能力。3、附加盐：是除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，提高电镀液的导电性、深度能力、分散能力等4、缓冲剂：是指用来稳定溶液中酸碱度的物质。5、阳极活化剂：溶液中能促进阳极活化的物质。6、添加剂：是指不会明显改变镀液导电性，而能显著改善镀层性能的物质。如光亮剂、整平剂和润湿剂等。.第一节电镀（二）电镀反应1、电化学反应阳极：M–ne→Mn+阴极：Mn++ne→M电镀装置示意图2、法拉第定律第一定律：电极上析出（或溶解）的物质重量与进行电解反应时所通过的电荷[量]成正比。M=kQ第二定律：在不同的电解液中，通过相同的电荷[量]时，在电极上析出（或溶解）物的物质量相等，并且析出（或溶解）1mol的任何物质所需的电荷[量]都是9.65×104C。.第一节电镀3、电流效率由于实际上电极上的反应不只一个，因此实际析出的物质量总是小于根据法拉第定律计算的结果。h=(m’/m)×100%阳极：<,>100%,阴极：<100%4、电镀液的分散能力是指电镀液所具有的使金属镀层均匀分布的能力。5、电镀液的覆盖能力是指电镀液所具有的使镀件的深凹处沉积上金属镀层的能力。它与分散能力不同。.第一节电镀（三）电极反应机理1、电极电位由金属与该金属盐溶液界面之间产生的电位差称为该金属的电极电位。25oC,1mol/L---标准电极电位2、极化就是指有电流通过时，电极电位偏离平衡电极电位的现象。（1）电化学极化由于阴极上电化学反应速度小于外电源供给电极电子的速度，从而使电极电位向负的方向移动而引起的极化作用，也成为阴极极化（2）浓差极化由于临近电极表面液层的浓度与溶液主体的浓度发生差异而产生的极化。双电层结构示意图.第一节电镀（四）金属的电沉积过程1、液相传质—电迁移、对流、扩散(主要是扩散）2、电化学反应经过在电极表面上的转化过程。3、电结晶是指金属原子到达金属表面之后，按一定规律排列形成新晶体的过程。电沉积过程示意图.第一节电镀（五）影响电镀质量的因素1、PH值的影响----通过实验确定2、添加剂的影响----光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂等都能明显改善镀层质量3、电流密度的影响----影响镀层晶粒大小和质量4、电流波形的影响----影响电流密度和阴极极化5、温度的影响----温度升高，速度提高，但过热，化学剂变化6、搅拌----可降低阴极极化，使晶粒变粗，电流密度提高，效率提高，增加整平剂的效果。.二、电镀工艺过程中的镀前预处理和镀后处理1、镀前处理（1）使表面粗糙度达到一定要求（2）去油脱脂（3）除锈（4）活化处理为最后获得高质量镀层作准备2、镀后处理（1）钝化处理：是指在一定的溶液中进行化学处理，在镀层上形成一层坚实致密的、稳定性高的薄膜。（2）除氢处理：在一定的温度下热处理数小时，为了消除氢脆。.三、电镀金属2、镀铜通常用作底层，也可用于改善基体与镀层间的结合力1、镀锌主要用于黑色金属防腐3、镀镍可用于表面镀层，也可以作为多层电镀的底层和中间层4、镀铬铬镀层具有美丽的光泽、耐腐蚀、硬度高且摩擦系数小，故可常用于装饰、耐磨损和耐蚀.四、电镀合金（一）基本原理1、金属共沉积的条件（1）两种金属中至少有一种金属能从其盐类水溶液中沉积出来；（2）两种金属的析出电位要十分接近；.四、电镀合金为使两种金属析出电位接近，实现共沉积，一般可采用如下方法：（1）改变镀液金属中离子的浓度；（2）采用络合剂；（3）采用适当的添加剂；共沉积条件的表达式中分别为标准电极电位、阿伏加德罗常数、金属离子的价数、法拉第常数、离子活度、析出过电位（一）基本理论-析出电位相近.（三）电镀铜锌合金铜锌合金，俗称黄铜。电镀黄铜具有金色的外观，多数用作钢铁件的表面装饰。（二）电镀铜锡合金铜锡合金，俗称青铜。铜锡合金镀层具有空隙率低，耐蚀性好等优点，是目前应用最广泛的合金镀层之一。（四）电镀铅锡铅锡合金镀层在工业上应用很广，镀层成分不同，用途也不一样.电镀锌产品C型钢板材.电镀锌钢构件产品.电镀模具.电镀金刚石磨头电镀产品镀铜锌台灯.镀铜锌圆丝电镀产品.镀金壶电镀产品镀铬麦克风.1、简述电镀的基本原理；2、电镀中的电化学反应；3、简述电镀前的预处理和后处理及其处理的目的；4、了解电镀的应用。思考题.第二节电刷镀定义：是指依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀需要的电解液的电镀.(也称为无槽镀或涂镀）优点：1、设备简单，携带方便，不需要大的镀槽设备2、工艺简单，操作方便3、可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀4、镀层种类多，与基体的结合力强，力学性能好5、沉积速度快一、基本原理

与电镀相同缺点：劳动强度大，消耗镀液多，消耗阳极包裹材料.电刷镀主要应用于以下几个方面：1、修复因机械磨损、加工等原因造成的表面缺陷（凹坑、蚀斑、孔洞和划伤等）、零件表面尺寸和零件形状与位置精度的超差。2、对零件材料表面进行强化处理，用以提高零件表面的硬度、耐磨性、减摩性、抗氧化能力。3、对材料表面进行改性处理，包括导电性、导磁性能、热性能、光性能、防护性能、耐蚀性能、钎焊性能等。4、与其他表面技术复合对零件材料表面进行处理。.第二节电刷镀二、电刷镀设备

直流电源；镀笔（刷镀刷）；供液、集液装置.第二节电刷镀三、电刷镀溶液（一）预处理溶液1、电净液：脱脂净化，用电化学方法去除表面油污2、活化液：用化学和电化学方法去除表面氧化膜和轻微锈斑（二）电刷镀溶液种类繁多，可分成三类：单金属镀液、合金镀液、复合镀液特点：（1）金属离子含量高、导电性好；（2）大多数镀液是金属络合物水溶液；

（3）镀液在工作中性能稳定；（4）镀液的分散能力和覆盖能力较好；（5）镀液无毒、不燃、无爆、腐蚀性小；（6）添加剂种类少、用量少；

（7）镀液易配制、可长期存放。

.镀镍液的组成和工艺参数镀液组成的质量浓度／g.L-1特殊镍快速镍低应力镍半光亮镍硫酸镍氯化镍盐酸乙酸乙酸钠乙酸氨对氨基本磺酸十二烷基硫酸钠草酸氨氨水无水硫酸钠氯化钠柠檬酸氨396152169254230.10.1105ml/L5636030ml/L200.10.0130048ml/L0.12020PH植温度／oC工作电压/V速度m.min-1～０．３１５～５０１０～１８５～１０～１．５１５～５０８～１４６～１２３～４１５～５０１０～１６６～１２２～４１５～５０４～１０１０～１４..第二节电刷镀（三）钝化液和退镀液1、钝化液用于在活泼金属表面形成钝态氧化膜的溶液；2、退镀液用于退除镀件表面不合格镀层、多余镀层的溶液。

.第二节电刷镀四、电刷镀工艺（一）镀前处理1、表面整理：清除毛刺、锥度、不圆度和疲劳层；2、表面清理：用化学及机械方法去除镀件表面的油污、锈斑等；3、电净处理：用电解方法脱脂；4、活化处理：清除表面氧化膜.第二节电刷镀（二）镀件刷镀1、刷镀打底层通常0.001mm~0.01mm（1）特殊镍或钴镀液提高镀层与基体的结合力（2）碱铜溶液用于疏松材料和软金属（3）低氢脆镉镀层防氢脆.第二节电刷镀2、刷镀工作镀层工作镀层是一种表面最终镀层，其作用是满足表面的力学性能、物理性能、化学性能等特殊要求。根据镀层的性能要求来选用合适的刷镀溶液。如：耐磨：Ni、Ni-W、Ni-Fe-W等装饰:Au、Ag、Cr、半光亮Ni等耐腐蚀：Ni、Zn、Cd等修复：快速Ni、碱Cu等.第二节电刷镀（三）镀后处理镀后要清除表面的残积物，如水迹、残液痕迹等，并采取必要的保护方法，如烘干、打磨、抛光、涂油等..挖掘机电刷镀修复.液压缸电刷镀修复.第三节化学镀定义：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，形成镀层的一种表面加工方法。Mn++ne→M例如：化学镀镍.第三节化学镀优点：镀层厚度均匀，适用于复杂零件；镀层外观良好，晶粒细，镀层致密，孔隙少，耐蚀性更好；不需要外加直流电源设备；可在金属、非金属、半导体等各种不同基材上镀覆。缺点：(与电镀相比）所用的溶液稳定性较差，且溶液的维护、调整和再生都比较麻烦，材料成本费较高。应用：耐磨、耐蚀、导电、高硬度、良好的焊接性能；电子、石油、航空航天、核能、汽车、机械等领域.第三节化学镀一、化学镀镍（一）化学镀镍机理（电化学理论）阳极反应：(H2PO2)-+H2O→(H2PO3)-+2H++2e阴极反应：Ni2++2e→Ni(H2PO2)-+e→2HO-+P2H→H2金属化反应：3P+Ni→NiP3.（二）镀液成分及工艺条件１、镀镍工艺（酸性镀液比较常用）镀液成分(g/l)及工艺条件12345硫酸镍25－3030202525次磷酸钠20－2515－25242024醋酸钠515

柠檬酸钠515

丁二酸

5

16乳酸80%(ml/l)

2525

氨基乙酸

5－15

苹果酸

24硼酸

10

氟化钠

1

(Pb2+)(以醋酸铅形式加入)

0.001

0.003pH值4－53.5－5.44.4－4.84.4－4.85.8－6温度(℃)80－9085－9590－9490－9290－93沉积速度(μm/h)1012－1510－1315－2248装载量(dm2/L)11111镀层中含磷量(%)8－107－118－98－98－11.（二）镀液成分及工艺条件2、影响镀层质量的因素主盐：一般为硫酸镍，其次是氯化镍。浓度高，沉积速度快，但稳定性下降；还原剂：次磷酸钠，提供活泼氢原子，还原镍离子，同时提供磷。通常镍与次磷酸钠的物质量之比为0.3~0.45．含量提高速度提高，稳定性下降；络合剂：通常用乙醇酸、苹果酸等。用来控制可供反应的游离镍离子含量，控制沉积速度，改善镀层外观。同时还有抑制亚磷酸镍和氢氧化镍沉淀作用。稳定剂：通常为铅离子。用来抑制溶液中的固体微粒的催化活性，防止镀层粗糙和镀液自发分解。光亮剂：增加光亮性PH值：低于４时，速度低；高于6时，易产生亚磷酸镍