《金属表面精饰》PPT课件

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1、第三章金属的表面精饰金属电沉积和电镀原理金属电沉积(Electrodeposition)过程是指简单金属离子或络离子通过电化学方法在固体(导体或半导体)表面上放电还原为金属原子附着于电极表面，从面获得一金属层的过程。电镀(Electroplating)是金属电沉积过程的一种，它是出改变固体表面特性从面改善外观，提高耐蚀性、抗磨性，增强硬度，提供特殊的光、电、磁、热等表面性质的金属电沉积过程。金属电沉积和电镀电镀是金属表面处理的重要组成部分。它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处理方法。电镀具有如下的主要作用：提高外观质量：使产品美观，并

2、能长期保持这种美观是电镀的重要目的之一。为使基体表面平整光亮和提高耐蚀性，常镀上铜镀层或镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、铑等贵金属进行最后装饰性电镀。提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。在电镀件中用得最广泛的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镉，保持美观并延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。金属电沉积和电镀目前金属离子电沉积的基体已不仅是金属，而且在塑料，如ABS、尼龙、聚四氯乙烯等各种塑料上进行电镀。其过程是在塑料表面活化处理后，用化学沉积法使其表面形成很薄的导电层，再把塑料置于电镀槽的阴极，镀上各种金属，使塑料制品能够导电、导磁，有金属光泽，同

3、时其机械性能等也得到提高。所有电沉积过程都需要选择适宜的电解液、添加剂等以提高效率，改善镀层质量。除传统意义上的电镀之外，发展功能性新型镀层以满足新材料、新技术和人民生活需求是电沉积研究的重要课题。可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属可电沉积的金属可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有机溶剂镀液。上表中列出了可从水溶液及非水溶液中电沉积的金属种类，可见，在约70种元素中，约30种能从水溶液中电沉积。原则几乎所有金属都能从熔盐中电沉积，但往往外观不好，结合力也差，能沉积出平滑镀层的金属是不多的。电解时电极上的反应阴极上的反应电解

4、时阴极上发生还原反应。发生还原的物质通常有(1)金属离子，(2)氢离子（中性水溶液中H2O）。判断在阴极上首先析出何种物质，应把可能发生还原物质的电极电势计算出来，同时考虑它的超电势。电极电势最大的首先在阴极析出。阳极上的反应电解时阳极上发生氧化反应。发生氧化的物质通常有：（1）阴离子，如OH-等，（2）阳极本身发生氧化。判断在阳极上首先发生什么反应，应把可能发生氧化物质的电极电势计算出来，同时要考虑它的超电势。电极电势最小的首先在阳极氧化。电解时电极上的反应分解电压确定了阳极、阴极析出的物质后，将两者的析出电势相减，就得到了实际分解电压。因为电解池中阳极是正极，电极电势较高，所

5、以用阳极析出电势减去阴极析出电势。电解水溶液时，由于H2或O2的析出，会改变H+或OH-的浓度，计算电极电势时应把这个因素考虑进去。金属离子的分离如果溶液中含有多个析出电势不同的金属离子，可以控制外加电压的大小，使金属离子分步析出而达到分离的目的。在阴极上，析出电势越大越先还原；在阳极上，析出电势越小越先氧化。当离子的浓度已降低到原来的1/104，可以认为离子基本分离干净对于一价金属离子，析出电势相差约0.4V左右；对于二价金属离子，析出电势相差约0.2V左右。简单金属离子的还原溶液中的任何金属离子，只要电极电势足够负，原则上都可能在电极上得到还原。但是，若溶液中某一组分的还原电

6、势较金属离子的还原电势更正时，则就不可能实现金属离子的还原。如果阴极还原过程的产物是合金，由于还原产物中金属的活度一般要较纯金属的小，此时仍有可能实现金属的电沉积。最典型的例子莫过于活泼金属离子(如Na)在汞阴极上的还原而形成相应的汞齐。简单金属离子的还原对于元素周期表中的金属，若金属元素在周期表中的位置越靠右边，则这些金属离子在电极上还原的可能性就越大。水溶液中金属的电沉积一般以Cr、Mo、W分族为分界线，即位于Cr、Mo、W分族左边的金属在水溶液体系中不能实现电沉积，而位于Cr、Mo、W分族右边的金属元素的简单离子都较容易从水溶液体系中电沉积出来。工业上采用的大多数电解液是电

7、解质水溶液为镀液，也有用有机溶剂或熔盐为电解质进行电镀。周期表中大约有30多种金属可从水溶液中电沉积，而Li,Na,K,Be,Mg,Ca则不能从水溶液中电沉积，而必须采用非水溶液或熔盐。简单金属离子的还原注意：1．若阴极还原产物不是纯金属而是合金，则由于反应物中金属的活度比纯金属时来得小，因而有利于还原反应的实现。例如Cd-Ti，W-Fe，W-Ni等。再如碱金属，碱土或希土金属能在汞电极上还原成相应的汞齐就是明显的例证。2．若溶液中存在络合剂，且金属离子能与络合剂作用而形成稳定的