电镀黄铜Cu-Zn合金的工艺与原理

电镀黄铜（Cu-Zn合金）的工艺与原理组员：赵子媛、布阿依谢、孙维、战立杰、龚健
概述
1841年劳尔兹获得在氰化物溶液中电镀黄铜的专利
黄铜镀层具有良好外观和较高的耐腐蚀性
镀铜
含铜量70% 为黄色黄铜（仿金镀层）含铜量80%为白色黄铜 含铜量90%为高铜黄铜
目录
一、电极反应与电极材料
二、电镀液的组成及作用
三、电沉积合金原理
四、调整电镀合金成分的方法
五、防止阴极析氢，提高电流效率
一、电极反应与电极材料
电极材料
阳极材料是黄铜板，通电后其中铜和锌失去电子变成离子进入溶液并与络合剂进行络合，再向阴极迁移并得到电子同时在阴极析出。

阳极材料要求：包含电镀合金组成。

阴极材料为铁片和钢丝。

电镀液一般为氰化物溶液
电极反应
阳极反应：
2Cu + 6CN-→ 2[Cu(CN)3]2-+ 2e-Zn + 4CN-→ [Zn(CN)4]2-+ 2e-
阴极反应：
2[Cu(CN)3]2-+2e-→2Cu +6CN-[Zn(CN)4] 2-+2e-→ Zn +4CN-
镀液中需要加入氰化钠
二、电镀液的组成及作用
直接用CuSO4, ZnSO4混合溶液作为电镀液：
Cu的标准电极电位：φ⊖Cu2+/Cu= 0.337V，φ⊖Cu+/Cu= 0.52V；Zn的标准电极电位：φ⊖Zn2+/Zn= -0.76V
不能共沉积
需要加入络离子
加入氰化钠原因：
在碱性氰化物溶液中铜和锌的电极电位都向负方向移动，导致电位差缩小：
φ⊖[Cu(CN)3]2-/Cu-1.165V
φ⊖[Zn(CN)4]2-/Zn-1.26V
电位相差很小利于共沉积
电镀液的组成
(1)主盐：
主盐是在镀液中提供放电金属离子的主要来源，氰化镀液中主盐多用氰化亚铜和氰化锌。

(2)氰化钠：
可以与Cu+和Zn2+均能形成非常稳定的络离子。

适量的游离量有利于阳极的正常溶解、稳定镀液及保证两金属按比例沉积。

(3)碳酸钠和氢氧化钠
调节pH和提高镀液导电性。

(4)氨水或氯化铵
利于得到均匀有光泽的黄铜镀层，还有利于阳极合金的正常溶解。

三、电沉积合金的原理
电镀合金的基本条件
两种金属均能在其各自的盐溶液
中沉积
两种金属的析出电位必须接近，否则电位较正的金属优先析出，不利于电位较负的金属析出
当两种金属析出电位相差很大时怎么办？
根据电极能斯特方程:
措施：改变金属离子浓度、加入络合剂
四、调整电镀合金成分的方法
(1)温度
温度升高，可提高阴极电流密度的上限，有利于铜的析出。

(2)pH值
镀液的pH值可以影响CN-的浓度，从而造成合金组分的改变。

(3)氨水含量
氨水过量，会使镀层含锌量多；氨水过低，镀层含铜量多。

(4)阴极电流密度
阴极电流密度降低时，镀层中铜含量增高；阴极电流密度升高，镀层中铜含量减少。

(3)金属离子浓度
电极表面附近溶液中各种离子浓度与整体溶
液不相同，影响合金镀层成分的应当是阴极
表面附近溶液中两种金属离子浓度之比。

由图可看出，当[ Cu+] >70%时, 增大金属在
槽液中的总浓度, 对合金沉积的组成影响不
大。

这是因为电沉积不是受扩散控制, 而是
受沉积电位控制。

王丛岭.电镀黄铜工艺的研究.电镀与环保,Vol.25 No.1:16-18
(4)游离氰化钠
氰化钠浓度对铜和锌两种
络合物的平衡有影响,从而
改变电极电势，造成析出
的组分不同。

CN-含量降低，
络合物稳定性降低，阴极
极化作用减弱，电流效率
增大，镀层中铜含量增加；
含量升高，阴极极化作用
增强，镀层中的铜含量减
少，但阴极在电镀过程中
会产生大量氢气，电流效
率降低。

王丛岭.电镀黄铜工艺的研究.电镀与环保,Vol.25 No.1:16-18
五、防止阴极析氢，提高电流效率
阴极析氢的危害：
1.降低了电源利用率
2.氢气附着在共建表面而不能逸出时，镀层会产生气体针孔、麻点。

3.由于氢气分子的体积小，易渗入基体材料，使其产生脆性（氢脆），甚至产生氢致延迟断裂。

4.渗入基体的氢气富集时产生很大压力，使镀层存放一段时间后起泡。

5.引起镀层缺陷，常见高电流密度区镀层结晶粗糙、疏松、烧焦。

6.装挂不恰当时，产生的氢气使内部工件“窝气”，无法形成镀层。

提高电流效率方法：
1、提高金属离子析氢电势
结合能斯特公式可知，CN-浓度越低，[Cu(CN)3]2-还原电势越高；因此可以提高金属离子浓度。

2、降低析氢电势
镀件材质直接影响氢气的过电位，过电位越高析氢电势越低，越不
容易析氢。

由塔菲尔公式（η=a+b*log|i|）可知，增大电流密度可增大析氢电势，抑制氢气析出。

在保证[Cu(CN)3]2-稳定前提下，增大pH，可降低析氢电势，抑制析氢。

Discussion。