电镀及化学镀

表面工程第五章电镀及化学镀3/21/202611/33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3/21/202622/335.1电镀电解：在外加直流电源作用下，电解质阴阳离子两极发生氧化还原反应过程。（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++2e＝Cu2Cl－－2e＝Cl2↑

3/21/202633/33电镀：是指利用电解原理，电解液中金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能金属镀层过程。铜电解精炼：粗铜（含Zn、Fe）纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液铜镀件目标:耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及电、磁、光学普通为几微米到几十微米镀铜3/21/202644/33（2）电镀装置及原理（以镀铜为例）②两电极：阴极还原反应：Cu2++2e→Cu(形成镀层)阳极氧化反应：Cu－2e→Cu2+(阳极溶解)①外电路：直流电源、导线③电镀液：含有镀层金属离子电解质溶液④电镀结果，硫酸铜溶液浓度保持不变3/21/202655/33（3）电镀液主盐：提供金属离子，析出金属易溶于水盐类络合剂：镀液主要成份。能与主盐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，提升电解液均镀能力和深镀能力，从而使镀层结晶细致光滑；对确保镀层质量和电解稳定性起主要作用。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：提升镀液导电能力缓冲剂：稳定pH值阳极活化剂：促进阳极溶解助溶阴离子添加剂：影响金属离子在阴极析出成份。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3/21/202666/33金属还原基本条件和可能性还原条件：本身电化学性质金属还原电位与氢还原电位相对大小3/21/202677/33离子放电次序阴离子：阳离子：与金属活动次序相反。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外金属做电极放电能力﹥阴离子。即：失e能力依次减弱

K、Ca、Na…Cu、Hg、Ag﹥S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、NO3

－、SO4

2－3/21/202688/33（4）电镀过程三个步骤①液相传质：金属水合离子或络离子从溶液内部迁移到阴极表面；②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，转变为参加电极反应形式，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。③电结晶：晶核形成和生长3/21/202699/33（5）影响电镀层质量基本原因①镀层金属本性②镀液各种成份及浓度③电镀规范电流密度、波形、温度及搅拌等④pH值及析氢⑤基体金属及表面质量⑥前处理精整和清理→洁净、活性晶体表面3/21/20261010/33镀锌镀铜镀镍镀铬镀锡镀银镀金惯用单金属电镀3/21/20261111/335.2合金电镀电镀合金始于1835～1845年。20世纪20年代起还极少应用于工业。当前230各种电镀合金体系，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：两种或两种以上元素共沉积所形成镀层为合金电镀。3/21/20261212/33（1）合金共沉积条件①两种金属中最少有一个金属能从其盐水溶液中沉积出来。②共沉积两种金属沉积电位必须十分靠近。3/21/20261313/33（2）实现共沉积方法①改变镀液中金属离子浓度比

增大较活泼金属离子浓度，使其电位正移；或降低较贵金属离子浓度，使其电位负移，使二者电位靠近。②采取适当配合剂使平衡电位相差大金属离子实现共沉积最有效方法。③采取特定添加剂某种添加剂可能对一些金属沉积起作用，使之实现共沉积。3/21/20261414/33（3）合金电镀特点与热冶金合金相比，主要特点：①轻易取得高熔点与低熔点金属组成合金，如Sn-Ni。②可取得热熔相图没有合金,δ-铜锡合金。③轻易取得组织致密、性能优异非晶态合金，如Ni-P。④在相同合金成份下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差。3/21/20261515/33与单金属镀层相比，主要特点：①合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。②能够取得非晶结构镀层，如Ni-P镀层。③合金镀层含有单金属所没有特殊物理性能。④合金镀层可具备比组成它们单金属层更耐磨、耐蚀、更耐高温，并有更高硬度和强度。⑤不能从水溶液中单独电沉积W，Mo，Ti，V等金属可与铁族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。⑥经过成份设计和工艺控制，可得到不一样色调合金镀层，含有更加好装饰效果。3/21/20261616/335.3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，形成一个金属基表面复合材料过程，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金属粉末。特殊功效：大大扩大了镀层应用范围和效果。可用电镀法和化学镀法取得，近年都在蓬勃发展。3/21/20261717/335.4电刷镀定义：电镀一个特殊方式，不用镀槽，只需在不停供给电解液条件下，用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而取得电镀层。又叫选择电镀、无槽电镀、涂镀、笔镀、擦镀等3/21/20261818/33（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3/21/20261919/33（1）设备简单、工艺灵活、操作方便，能够在现场作业。（2）能够局部电镀。（3）镀层种类多，结合强度高。（4）沉积速度快，生产效率高。槽镀10～15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：3/21/20262020/33（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0~30V，0~150A镀笔：阳极、绝缘手柄、散热装置3/21/20262121/33（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)刷镀溶液种类

①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：用于清洗工件表面油污。

活化液：用于去除金属表面氧化膜和疲劳层。

②电镀溶液:单金属电镀液和合金电镀液。

③退镀溶液:可把旧镀层或不合格镀层去掉。

④钝化液

3/21/20262222/332)刷镀溶液特征①金属离子含量较高。②镀液温度范围比较宽。③镀液性质比较稳定。④均镀能力和深镀能力很好。⑤镀液毒性与腐蚀性较小。3/21/20262323/33（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、工作层镀后处理去除残积物及防护方法3/21/20262424/33（5）应用刷镀技术设备简单，操作轻易，镀层结合牢靠，经济效益显著机械行业、电力、电子、化工、纺织等部门

机械设备维修，改进零部件表面理化性能沉积厚度小于0.2mm，采取刷镀比其它维修方法经济3/21/20262525/335.5化学镀（自催化镀、无电解镀）定义：在没有外电流经过情况下，利用化学方法使溶液中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+经过液相中还原剂R在材料表面上还原沉积关键：还原剂选择和使用普通次磷酸盐和甲醛、硼氢化物实质：无外加电场电化学过程Mn++ne→M3/21/20262626/33特点（与电镀比较）①

不需外电源驱动；②

均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔镀件均可取得均匀镀层；③

孔隙率低；④

镀液经过维护、调整可重复使用，但使用周期是有限；⑤

可在金属、非金属以及有机物上沉积镀层。3/21/20262727/33（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磷。自催化性，原子氢态理论①②③④Ni、P原子共同沉积→Ni-P合金3/21/20262828/33性能：①高硬度Ni3P1100HV②耐磨性好③耐腐蚀性好④热传导性、热膨胀低应用：①模具工业②石油化学工业③汽车工业3/21/20262929/33其它：化学镀镍基合金：Ni-P，Ni-B，Ni-Cu-P，Ni-Mo-P，Ni-W-