第5章 电镀及化学镀

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1、表面工程第五章电镀及化学镀9/20/20211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9/20/202125.1电镀电解：在外加直流电源的作用下，电解质的阴阳离子两极发生氧化还原反应的过程。（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↑9/20/20213电镀：是指利用电解原理，电解液中的金属离子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。铜的电解精炼：粗铜（含Zn、Fe）纯铜硫酸铜溶液硫酸铜溶液铜镀件目的:耐蚀、耐磨、装饰、钎焊及电、磁、光学一般为几微米到几十微米镀铜9/20/2

2、0214（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：含有镀层金属离子的电解质溶液④电镀的结果，硫酸铜溶液的浓度保持不变9/20/20215（3）电镀液主盐：提供金属离子，析出金属易溶于水的盐类络合剂：镀液的重要成分。能与主盐的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，提高电解液的均镀能力和深镀能力，从而使镀层结晶细致光滑；对保证镀层质量和电解稳定性起重要作用。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

3、作络合剂。导电盐：提高镀液的导电能力缓冲剂：稳定pH值阳极活化剂：促进阳极溶解的助溶阴离子添加剂：影响金属离子在阴极析出的成分。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9/20/20216金属还原的基本条件和可能性还原条件：本身的电化学性质金属的还原电位与氢还原电位的相对大小9/20/20217离子的放电顺序阴离子：阳离子：与金属活动顺序相反。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外的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、H

4、g、Ag﹥S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、NO3－、SO42－9/20/20218（4）电镀过程三个步骤①液相传质：金属的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，转变为参与电极反应的形式，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：晶核的形成和生长9/20/20219（5）影响电镀层质量的基本因素①镀层金属的本性②镀液各种成分及浓度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、

5、活性的晶体表面9/20/202110镀锌镀铜镀镍镀铬镀锡镀银镀金常用单金属电镀9/20/2021115.2合金电镀电镀合金始于1835～1845年。20世纪20年代起还很少应用于工业。目前230多种电镀合金体系，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：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层为合金电镀。9/20/202112（1）合金共沉积的条件①两种金属中至少有一种金属能从其盐的水溶液中沉积出来。②共沉积的两种金属的沉积电位必须十分接近。9/20/202113（2）实现共沉积的方法①改变镀液中金属离子的浓度比增大较活泼金

6、属离子的浓度，使其电位正移；或降低较贵金属离子浓度，使其电位负移，使两者的电位接近。②采用适当的配合剂使平衡电位相差大的金属离子实现共沉积的最有效方法。③采用特定的添加剂某种添加剂可能对某些金属沉积起作用，使之实现共沉积。9/20/202114（3）合金电镀的特点与热冶金合金相比，主要特点：①容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金，如Sn-Ni。②可获得热熔相图没有的合金,δ-铜锡合金。③容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金，如Ni-P。④在相同合金成分下，电镀合金与热熔合金比，硬度高，延展性差。9/20/202115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可以

7、获得非晶结构镀层，如Ni-P镀层。③合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能。④合金镀层可具备比组成它们的单金属层更耐磨、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的W，Mo，Ti，V等金属可与铁族元素（Fe，Co，Ni）共沉积形成合金。⑥通过成分设计和工艺控制，可得到不同色调的合金镀层，具有更好的装饰效果。9/20/2021165.3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