第三章 电镀与化学镀

镀层 种类
银
应
银是贵金属，具有良好的化学稳定性；但在含硫化物的大气 中表面易生成硫化银而变黑。银对钢铁，铜都是阴极性镀层， 且价贵难得，故一般不用作防护镀层。
装饰镀层：银具有良好的装饰性能，表面易抛光，呈银
白色，常用于餐具，工艺品和家庭用具的装饰镀层。
用
功能镀层：银的导电性能优良，接触电阻小，电子电器， 通讯器材的零部件镀银，可保证良好的导电性和钎焊性。
但银镀层很容易扩散和沿材料表面滑移，产生抖动现象；在 潮湿大气中会产生“银须”，造成短路，这是需要注意的。
贵 金属
金镀层主要用于工艺品，首饰的装饰，以及在恶劣条件
下使用的电子器件仪表元件。
铂镀层主要用于电镀，电解，阴极保护中使用的不溶性阳
极（钛基镀铂）。另外也用于精密仪器，外科器械。
材料表面工程
锡
防护镀层： 应
锡在食品有机酸中对钢铁属于阳极性镀层，且锡对人 体无毒，故镀锡铁皮用作食品罐头盒。
功能镀层： 用
锡有良好的钎焊性能，故需要钎焊的无线电器件和零部 件广泛采用锡镀层。但在高温，潮湿和密封条件下，由于锡 镀层存在内应力会生长晶须，造成短路，这是需要注意的。 锡不与硫化物作用，故与火药及橡胶接触的工件常镀锡。 钢件渗氮处理时可用局部镀锡保护不需渗氮的部位。 锡质软，可塑性好，锡镀层可提高冷拔，变薄，拉伸过 程中工件表面润滑能力。
功能镀层
钢件镀黄铜（0.5～2.5微米），可大大提高与橡胶的结 合力（如轮胎衬里钢丝） 黄铜镀层也可作为减摩镀层。
材料表面工程
铜
腐 蚀 特 点 用
铜是正电性金属，不受非氧化性酸的腐蚀，但会和氧发生反应。 在空气中铜易氧化而失去光泽，在含二氧化碳或氯化物的潮湿 大气中，铜表面易生成碱式碳酸铜或氯化铜膜，受到硫化物作 用时表面会生成棕色或黑色的硫化物膜。钢铁表面的铜镀层属 阴极性镀层。因此铜不单独作为钢铁件的防护镀层。
材料表面工程
1.3 电镀的工艺过程及影响因素
一、电镀的工艺过程 除油→水洗→去锈→水洗→电镀→酸洗→碱洗→清洗→出槽 清洗表面 后清洗→电镀液有毒 二、影响镀层质量的因素 ⑴ 主盐：简单盐镀液→镀层的结晶较粗 络合物镀液→镀层结晶细致紧密 ⑵ PH值： 影响H（氢）的放电电位，过高过低都不好，→需实测→技术 ⑶ 电流密度：电流密度↑→沉积速率↑ 电流密度↑↑→会结瘤，烧焦→特别是尖角部位 ⑷基体金属 ：基体金属的化学性质与其和镀层之间结合力密切相 关。在某些电解液中，如果基体金属的电位负于镀层金属，若不 用其它镀层过渡，就不容易获得结合力良好的镀层。
底层或中间层：镍镀层对钢铁属于阴极性镀层，且镀层孔隙
率较高，需厚度达25微米以上才是无孔的。因此在铬镀层被广 泛采用后，镍镀层一般是与铬镀层联合使用，作为防护—装饰 镀层的底层或中间镀层，如Cu-Ni-Cr，Ni-Cu-Ni-Cr等。
耐磨镀层：镍镀层硬度较高，可提高金属工件或制品表面
耐磨性能，如印刷工业中铅板表面镀镍。
材料表面工程
镀层金属
单一金属层 锌 镀 层 镉 镀 层 铜 镀 层 镍 镀 层 合金镀层 复合镀层 镍 合 金 镀 层 耐 磨 镀 层 减 摩 镀 层 耐 蚀 镀 层 分 散 强 化 合 金 镀 层
铬 镀 层
银 镀 层
锡 镀 层
铜 锡 合 金 镀 层
铜 锌 合 金 镀 层
铅 锡 合 金 镀 层
锌 合 金 镀 层
材料表面工程
镀层金属
单一金属层 锌 镀 层 镉 镀 层 铜 镀 层 镍 镀 层 合金镀层 复合镀层 镍 合 金 镀 层 耐 磨 镀 层 减 摩 镀 层 耐 蚀 镀 层 分 散 强 化 合 金 镀 层
铬 镀 层
银 镀 层
锡 镀 层
铜 锡 合 金 镀 层
铜 锌 合 金 镀 层
铅 锡 合 金 镀 层
锌 合 金 镀 层
材料表面工程
镉
用 途 耐 蚀 性 特 点
镉的化学性质与锌相似，也用作防护性镀层。 镉镀层质软，可塑性好，与镀锌层相比，镉镀层氢脆性较小，钎 焊性能好，一般螺纹工件，弹性工件，航空航海及电子工业中的 零部件习惯使用镉镀层。但镉蒸汽和可溶性盐剧毒，故凡能采用 锌镀层的零部件都已不再使用镉镀层。
在一般大气条件下，镉对钢为阴极性镀层，防护性能不如锌。在 含二氧化硫，二氧化碳及有机物气氛的环境中，镉的耐蚀性也不 如锌。 但在不含工业杂质的潮湿大气，海洋大气和海水中，镉 镀层的防护性能优于锌镀层(在海水中镉的电位比铁负，故对 钢铁工件为阳极性镀层)。
材料表面工程
铬
装饰铬（光亮铬） 用于防护—装饰镀层体系的面层，在汽车，自行车，家电，五金等 产品上得到广泛应用。铬面层的厚度一般为 0.5 微米左右。 硬铬（耐磨铬） 用于提高工件（如磨具，轴，量规等）表面硬度和耐磨性，以延长 使用寿命。也用于修复工件尺寸。 松孔铬 使硬铬层含有一定宽度和深度的沟纹，具有保持润滑油的特性，用于 承受较高压力的滑动摩擦工件，如活塞环，汽缸套等。 乳白铬 韧性好，孔隙率低，硬度较大，用于要求耐蚀性及耐磨性的部件，如 量具，枪炮内膛。 双铬 底层乳白铬，表层硬铬。 黑铬 色黑，消光性好，用作太阳能吸收器的表面膜层（镀镍钢板上镀黑 铬，吸收率可达 0.95），以及航空和光学仪器零件。 材料表面工程
第三章 电镀与化学镀
材料表面工程
第一节 电镀的基本原理和特点
1.1 电镀设备及基本原理
一、设备简介 电镀槽—电镀液—直流电源— 阳极—阴极（工件） 阳极可分为可溶性阳极和不可 溶性阳极两种。 不可溶—镀液提供Me+ 可溶------镀液传导Me+
典型的电镀槽及离子运动方向
材料表面工程
电镀原理示意图
途ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
铜质软而韧，富于延展性，抛光性能好，铜镀层孔隙少，故 常用作钢铁工件防护—装饰镀层的底层或中间层， 以提高基体与表层或中间层的结合力和镀层防护性能。 铜镀层还用作功能镀层，如：导电镀层（铜具有优良的导电 性），防渗碳或防渗氮镀层（碳和氮在铜中扩散困难），减 摩镀层（铜质软），防磁镀层（铜无磁性）等。
高锡青铜：含锡超过 40% 性能：高锡青铜外观似银，银白色光泽，具有良好的反光性能，钎焊
性能，导电性能，但存在微小裂纹和孔隙，防护性较差，不宜用于在恶 劣环境中使用的工件的防护镀层， 应用：代替银作电器零件接触点和生产反光器械。
材料表面工程
铜锌 合金
防护-装饰镀层
铜锌合金(黄铜)镀层具有金黄色美丽外观，且可以化 学着色，装饰性好，广泛用于家用器皿，建筑物小五金零 件，以及黄铜件代用品。
耐磨性
铬镀层硬度高，调整电镀工艺可以得到硬度很高的硬铬镀层， 其硬度超过淬火钢。同时铬镀层摩擦系数低，因此铬镀层常 用于提高工件表面的耐磨性能。
耐热性
温度超过500℃，铬镀层才开始氧化变色，超过700℃才开始变 软。 由于铬镀层的线膨胀系数(6.7～8.4×10-6)比碳钢、 铜、 镍的线 膨胀系数(分别为1～2.5×10-5 , 1.67×10-5, 1.33×10-5)小，故铬 镀层受温度影响时易产生裂纹。
材料表面工程
铜锡 合金
低锡青铜：含锡 15% 以下的铜锡合金 性能：低锡青铜镀层结晶细致，孔隙率很低，具有较高的
防腐蚀性能。对钢铁属阴极性镀层，在空气中易氧化变色， 应用：主要用于防护—装饰镀铬层的底层或中间层，在代 镍方面已取得显著效果。 在某些环境中的设备也使用低锡青铜作为防护镀层，如 矿井坑道支撑柱，热水中工作的机件。
用 途
耐 蚀 性 特 点
锌是两性金属，既能溶于酸也能溶于碱，故锌镀层主要用于大 气环境和中性水溶液。在干燥大气中锌很稳定，在(不含污染 物或有机挥发气氛的)潮湿大气和淡水中，锌表面形成的腐蚀产物 膜有良好保护作用。 锌镀层经钝化处理后能显著提高镀层的保护性能。
在含二氧化硫，硫化氢等污染物的工业大气中，在海洋大气，热带大气中 锌镀层的耐蚀性差。在湿度较大的空气中，锌镀层与油漆，塑料，树脂， 木材等物质接触时，由于这些物质释放出有机挥发气氛(甲酸，乙酸，氨， 酚等)，会使锌镀层遭受严重腐蚀。因此为了防止镀锌工件在木质包装箱 中发生这种气氛腐蚀，镀锌工件应当有内包装，并在木箱中放置干燥剂。
材料表面工程
镍
特 点 和 应 用
防护镀层：镍在碱溶液中有优良耐蚀性，在某些化工介质中
耐蚀性也较高，故有些化工设备也用较厚镀镍层作为防护层。
防护-装饰镀层：镍镀层在空气中稳定性很高，经抛光的镍
镀层可得到镜面般光泽外表，并长期保持其光泽，故一些医疗 器械和家庭日用品常用镀镍作为防护-装饰镀层。 采用多层镀镍工艺，如双层镍，三层镍，可以提高镀层耐蚀性 和机械性能。
材料表面工程
对钢铁，锌镀层属于典型的阳极性镀层，对基底金属 锌 不仅有机械保护作用，而且能起到阴极保护作用。所 以锌镀层广泛用于钢铁零部件和结构件的防护镀层。 锌镀层弹性好，弯曲变形时不易脱落，且成本低廉。镀层经钝化处 理后可以具有一定的装饰外观。但锌镀层硬度较低，不耐摩擦，不 能用于磨损工件；由于锌离子对人体有害，也不能用于食品工业。
材料表面工程
三、电镀液组成
1. 单盐溶液→SnSO4 ↘CuSO4 溶液中是简单金属离子Sn2+和Cu2+ 。 问题：→需要高的过电位，镀层质量不好→粗糙 2. 络和物溶液→金属离子与络和剂形成络和离子，如[Zn(NH3)4]2+ 络和后溶液的平衡电位向负方向移动，有利于电沉积进行。 如：ψZn2+/Zn=－0.736v ψ [Zn(NH3)4]2+ /Zn=－0.1.26v 但是，关于络和离子的本质与沉积机理至今仍不清楚 白猫黑猫→技术 3. 导电盐→不参加反应，↑溶液导电能力，↓槽端电压。如Na2SO4。 4. 缓冲剂→在弱酸、弱碱溶液中加入，可自行调节PH值，↑溶液稳 定性。 5. 阳极活化剂→活化阳极，提高离子供给能力。 6. 添加剂→各种各样，视目的而定。 如：光亮剂、整平剂、润湿剂、细化晶粒剂等等。