03第三章__电镀和化学镀.ppt

1、2020/8/7，1，第三章电镀和化学镀，2020/8/7，2，31电镀，电镀是用电化学方法沉积在电镀表面所需的金属镀层工艺。电镀原理：在含有要电镀金属的盐类溶液中，电镀的气体金属通过阴极电解作用，将镀液中要镀金属的阳离子沉积在气体金属表面，形成电镀。2020/8/7，3，目的：改善材料外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料的涂层厚度：一般为几微米到几十微米。特点：传记电镀工艺设备比较简单，操作条件容易控制，涂层材料广泛，成本低，在工业中广泛应用是材料表面处理的重要方法。2020/8/7，4，涂层分类，涂层种类不同，根据使用性能可分为保护涂层(例如锌、锌-镍、镍、镉、锡等)。用作大气和各种

2、腐蚀环境的防腐涂层。保护-装饰性涂层：Cu-Ni-Cr涂层等装饰性和保护性。装饰涂层：Au和CuZn仿金涂层、黑色铬、黑色镍涂层等。耐磨抗磨损涂层：硬铬、微孔电镀、NiSiC、Ni-grayes、Ni-PTFE复合涂层等。2020/8/7，5，传记性能涂层：通过Au、Ag涂层等高导电性和防止氧化，防止接触电阻增加。磁性能涂层：例如，软性能涂层具有Ni-Fe，Fe-Co涂层。铁磁包括Co-P、Co-Ni、Co-Ni-P等。可焊性涂层：例如Sn-Pb、Cu、Sn、Ag等涂层。改善可焊性，在电子工业中有广泛的应用。耐热涂层：例如Ni-W、Ni、Cr涂层，熔点高，抗高温。维修涂料：具有成本高的磨损部件

3、或加工分散品、传记电镀维修尺寸、成本降低、生命延续等优点。例如，修复了可电镀的Ni、Cr和Fe层。2020/8/7，6，按涂层与贱金属之间的电化学特性，可分为阳极电镀和阴极电镀。也就是说，如果相对于基本金属的电位为负，则电镀为阳极，称为阳极电镀，如钢的镀锌层。电镀是相对于气体金属的电位定时，电镀是阴极，叫做钢的镀镍、镀锡等阴极电镀。2020/8/7，7，根据涂层的组合分离涂层时，涂层可以分为单个层，例如Zn或Cu层。多层金属涂层Ni-Al2O3、Co-SiC等复合涂层，例如Cu-Sn/Cr、CuNiCr涂层等。按涂层成分分类，可分为单一金属涂层、合金涂层和复合涂层。2020/8/7，8，镀层的

4、合理选择方法，成分和组合方式不同，镀层的性能也不同。合理选择涂料的基本原则与一般材料选择原则大体相似。首先要确定涂层是否具有必要的使用性能，然后根据部件的服务条件和使用性能要求选择合适的涂层，根据器材的种类和性质选择匹配的涂层。例如，如果阳极或阴极涂层，特别是涂层与其他金属部件接触，则必须考虑电镀和接触金属的电极电位对耐蚀性的影响，或摩擦对是否匹配。另外，应根据零件加工工艺选择适当的涂层。例如，铝合金镀镍层在电镀后经常需要通过热处理提高结合力，时效强化的铝合金，电镀后热处理会导致时效。另外，还要考虑电镀工艺的经济性。2020/8/7，9，3.2电镀的基本原理，传记电镀是指在直流的作用下，电解质

5、的金属离子被还原，沉积在零件表面，形成一定性能的金属电镀的过程。电解质主要是水溶液，还有有机溶液和熔盐。在水溶液和有机溶液中电镀称为湿法电镀，在熔盐中电镀称为熔盐电镀。非溶液，熔盐镀已获得部分工业化应用，但不普遍。2020/8/7，10，电沉积的基本条件，金属离子执行特定电流密度阴极还原时，原则上，如果电极电位足够负，则所有金属离子都可以在阴极上还原，实现电沉积。但是，由于水溶液中有氢离子、水分子和各种其他离子，一些还原电位非常负的金属离子实际上无法实现沉积过程。因此，水溶液能否还原金属离子不仅取决于其自身的电化学性质，还取决于金属的还原电位和氢还原电位的相对大小。如果金属离子还原电位比氢离子

6、还原电位更负，电极上就会产生大量氢，金属沉积很少。2020/8/7，11，金属可还原性，金属离子还原析出的可能性是电镀的第一个条件，要想得到质量好的电镀，必须有合理的镀液配置和合理的工艺控制。2020/8/7，12，321镀液，一种镀液具有一定的成分和含量要求，具有一定的化学平衡，必要的电化学性能，才能得到良好的镀液。一般来说，镀液由以下成分组成。1.朱炎。沉积金属的盐类有硫酸铜、硫酸镍等单盐。有锌酸钠、氰化物锌酸钠等络合盐。2.配方。复配剂改变了沉积金属离子和配合物、镀液的电化学性质和金属离子沉积的电极过程，对镀液的质量有很大影响，是镀液的重要成分。常用的助剂包括氰化物、氢氧化物、焦磷酸盐、

7、酒石酸盐、氨3乙酸、柠檬酸等。导电盐。起到提高镀液的导电性，降低槽端电压，提高工艺电流密度的作用。例如，在镀镍液中加入Na2SO4。导电盐不参与电极反应，酸或碱类也可以用作导电材料。2020/8/7，13，4。缓冲剂。在弱酸或弱碱镀液中，pH值是重要的工艺参数。添加缓冲剂，使镀液可以自行调整pH值，在镀过程中保持pH值稳定。缓冲剂要有足够的杨怡才能达到良好的效果，一般加入3040gL，如氯化钾镀锌溶液中的硼酸。阳极活性剂。在传记电镀过程中，金属离子不断消耗，大部分镀液依靠可溶性阳极补充，金属的阴极析出量等于阳极溶解量，保持电镀成分的平衡。添加活化剂能保持阳极活性，不钝化，维持正常溶解反应。例如

8、，必须在镀镍液中加入Cl-，防止镍阳极钝化。2020/8/7，14，6。电镀稳定剂。许多金属盐容易水解发生，但许多金属的氢氧化物是不溶性的。产生金属的氢氧化物沉淀，大量减少溶液中的金属离子，传记电镀过程电流不能增加，电镀容易晒黑。7.特殊添加剂。为了提高镀液的性能，提高镀液的质量，经常需要添加某种特殊的添加剂。其添加量很小，通常每升只渡边杏几克，但效果显着。这种添加剂种类多，可以根据其作用分成。2020/8/7，15，特殊添加剂，光亮剂能提高电镀的强度。晶粒细化剂可以改变镀层的结晶状态，晶粒细化，使镀层致密。例如，锌酸盐镀锌液中添加了肾上腺素丙烷和胺类化合物等添加剂，涂层在海绵中会很致密，闪闪

9、发光。(David aser，Northern Exposure美国电视电视剧，锌)扁平剂可以提高镀液的微观分散能力，使气体的微观粗糙表面变平。润湿剂可以降低金属和溶液的介面张力，更好地附着电镀和气体，减少针孔。应力消除剂可以降低涂层应力。涂层固化剂可以提高涂层硬度。掩蔽剂可以消除微量杂质的影响。2020/8/7，16，3.2.2金属的传记电镀过程，当直流电通过两个电极和阳极之间含有金属离子的电解质时，金属离子返回阴极上镀，阳极氧化将金属转移到离子上。如图所示，在硫酸铜溶液中插入两个铜板，连接直流电源，施加一定电压，磁极就会发生电化学反应。Cu2(溶液内部)Cu2(阴极表面)Cu2(阴极表面)

10、2e-Cu(金属)，电镀槽的传记化学反应图表，2020/8/7，17，金属沉积过程3360，1导电阶段2先行化学阶段：研究表明，直接参与阴极电化学还原反应的金属离子往往不是电解质中金属离子的主要存在形式。还原前，离子在阴极附近或表面化学转化后，放电才能还原为金属。2020/8/7，18，3电荷转移阶段：从阴极表面获得电子吸附原子或吸附离子的过程称为电荷转移阶段，也称为电化学阶段。在这里，电荷从阴极表面转移到反应粒子过程是电沉积过程的重要阶段。4晶体阶段：吸附原子通过表面扩散到达生长点，进入晶格，或吸附原子徐璐碰撞，形成新的晶核，并长成晶体。2020/8/7，19，3.2.3金属离子的放电位置，

11、金属离子可以从阴极沉积中获得均匀涂层，但微观上离子在表面放电的可能性不同。这是因为气体金属表面有大量的楼梯、角、绞点、孔等缺陷。对于金属离子的放电位置，通过什么途径进入晶格有两种茄子理论。(1)直接传输机制(2)表面扩散机制，2020/8/7，20，3.3金属的传记结晶，3.3.1传记结晶中过上的意义传记结晶是在电化学作用下金属离子从溶液中沉积，形成晶体的过程，具有一般结晶过程的规律。传记结晶是电化学过程，金属离子能否还原取决于阴极电位。在平衡前卫下，金属离子不会沉积在阴极上。家电系统将阴极电位偏离平衡电位，向负方向移动，即产生一定的过电位，还原速度大于氧化速度，金属离子沉积在阴极上。因此，金

12、属离子的传记结晶需要一定的过电位，其作用可以与盐溶液结晶时的过饱和度相媲美。过渡带影响沉积层的形成和性质，对传记晶界的研究有重要作用。2020/8/7，21，3.3.2电极反应和极化，1 .在单盐镀液中金属离子的还原单盐镀液中，金属离子以水合离子的形式存在，在阴极中的还原可以分为三个茄子过程。(1)减少金属离子水或重排水合层(3)吸附原子，失去剩下的水合分子，进入金属晶格。在2020/8/7，22，2盐镀液中配制金属离子的还原3金属阳极的溶解镀过程中，阳极和阴极是互补的一对，阳极也起着重要作用。大部分电镀种使用可溶性阳极，阳极金属产生氧化反应，产生金属离子。产生的离子数必须等于阴极上析出的数量

13、，以保持镀液的稳定性。2020/8/7，23，3.4是影响电镀质量的基本因素，反映在物理化学性能、机械特性、组织特性、表面特性、孔间隙、配合力和残余内应力等方面。根据电镀金属的性质，这些特性会受到电镀、电镀规格、气体金属和预处理工艺等的影响。2020/8/7，24，3.4.1镀液的影响，镀液的各种成分直接和间接影响镀液的质量。配离子的作用：离子增强阴极极化作用，因此镀液比较密，镀液分散能力好，平均化能力高。珠盐浓度的影响：珠盐浓度增加，浓度极化降低，晶型核速度降低，所得组织较大。这种作用在电化学极化不明显的单盐镀液中更为明显。额外盐的作用：除了提高镀液的导电性外，还提高了阴极极化能力，有助于细

14、镀。添加剂的作用：添加剂在电镀液中的作用主要有两种茄子方法。一是形成胶体，吸附到金属离子上，干扰金属离子放电，增加阴极极化作用。第二，吸附在阴极表面，阻碍金属离子在阴极表面放电，或干扰放电离子的扩散，影响沉积结晶过程，提高阴极极化作用。添加剂可以改善涂层组织、表面形态、物理、化学和机械性能。，2020/8/7，25，3.4.2电镀规格的影响，电流密度影响：角镀液具有最佳电流密度范围。电流密度的提高必然会增加阴极极化作用。使涂层致密，提高电镀速度。但是太大的电流密度，涂层会变黑或烧掉；电流密度，涂层晶粒粗，甚至镀层也不能沉积。电流波形的影响：电流波形对电镀质量的影响在一些镀液中很明显。例如，单相

15、半波或电波整流用于镀铬时，镀铬层为灰色黑色。三相传播整流的波形类似于稳压直流，传记电镀效果和质量没有太大区别。2020/8/7，26，周期切换电流的作用：周期性地改变直流电流方向，可以适当地控制切换周期、电镀时间和电镀时间，使涂层均匀、平坦、明亮。因为在镀金的时候，低质镀金和镀金突出的厚镀金可以去除。温度的影响：通常温度升高，阴极极化作用减少，电镀的晶体粗。但是，可以提高电流密度上限，提高阴极电流效率，提高涂层韧性和镀液的分散能力，减少镀氢吸收量。根据镀金的不同，有最佳温度范围。弯曲的影响：弯曲加强电解质的流动，减少阴极的浓度极化，使电镀的晶体变粗，但弯曲允许电流密度增加，抵消减少浓度极化的作

16、用，提高生产率。弯曲还可以提高匀染剂的效果。2020/8/7，27，3.4.3 pH值和析氢影响，pH值影响：镀液的pH值影响氢的放电前卫，碱性杂物的沉淀，沉积金属的配合物或水合物的组成，添加剂的吸附程度。PH值对硬度和应力的影响主要通过夹杂物的性质和分布来发挥。氢分析的影响：阴极上金属沉积时总是伴随氢的析出。氢析出的原因是金属离子的沉积电位比较低，或者氢的沉淀电位比较低。氢的析出对电镀质量的影响是多方面的，其中氢脆、针孔、泡沫最严重。2020/8/7，28，3.4.4贱金属对电镀的影响，贱金属特性的影响：镀的结合力，贱金属的化学性质和晶体结构气体金属电位对沉积金属电位负作用，很难得到良好结合

17、的镀，甚至不能沉积。材料(如不锈钢、铝等)容易钝化，即使不采取特殊的激活措施，也很难得到高结合力涂层。当气体材料与沉积金属晶体结构一致时，有利于晶体早期的外延生长，很容易得到高结合力的电镀。表面加工状态的影响：电镀表面太粗糙，有很多孔，有裂纹，电镀也很粗糙。气孔、裂纹区域可能发生黑色斑点、冒泡、剥现象。铸铁表面的石墨有降低氢过电位的作用，氢容易从石墨位置析出，阻碍金属沉积。2020/8/7，29，3.4.5预处理效果，电镀前，电镀表面需要修整和清除毛刺、沙子、残渣。希腊、氧化皮、钝化膜使气体金属清洁，显示出活性晶体表面。这样才能得到健康、致密、结合良好的电镀。字典处理不当会导致涂层剥落、剥落、气泡、毛刺、花等缺陷。2020/8/7，30，3.5合金电镀，由两个或多个元素共沉积形成的涂层是合金电镀。一般来说，最小的组必须大于1，某些涂层的合金含量小于1，但对涂层性能有很大影响，也称为合金电镀。电镀合金始于18351845年，几乎与铁水电镀同时开始。最初的合金电镀是金、银等贵金属合金和CuZn合金(黄铜)。迄今研究的传记电镀合金体系已超过230种，在工业上应用的约30多种，比锻金属电镀的种类多。合金电镀具有比单一金属电镀更独特、更优秀的性能，因此长期以来，合金电镀一直是