材料表面工程

材料表面工程考试复习

电镀

1.电镀：用电解使金属或合金沉积在制件表面，形成均匀，致密，结合力良好的金属层的过程。

2.被镀工件和辅助阳极浸在电解液中。被镀工件接电源负极，辅助阳极接电源正极。

3. 电解液组成包括：

∙主盐：提供被镀金属离子

∙附加盐

∙络合剂，添加剂

4.被镀工件作为阴极，表面上主要发生金属离子(或其络离子)的还原反应，形成金属镀层，覆盖在工件表面。

5.可溶性阳极：即以被镀金属材料制作阳极，如镀镍用镍制作阳极，镀铜用铜制作阳极。

阳极反应为金属的氧化反应，生成金属离子以补充阴极反应中金属离子的消耗。

对镍阳极，反应式为：

Ni = Ni2+ + 2e

可溶性阳极为大多数电镀过程采用

6.不溶性阳极：在电镀过程中不溶性阳极不发生溶解，表面上发生某些物质的氧化反应，而金属离子的消耗由添加主盐进行补充。

采用不溶性阳极的典型电镀过程是铬酐溶液镀铬

7.对电镀工艺的要求是：镀液性能优良，能获得质量符合要求的镀层；工艺范围宽，易于操作和维护；镀液无毒或低毒，操作安全，对环境污染小，三废易处理；镀液对设备和厂房的腐蚀性小；成本和加工费用低。

8. 为什么“阴极电流不是全部用于金属电沉积”？

答：“在阴极上还有其它还原反应”。因此，阴极反应包括：主反应：被镀金属离子还原反应副反应：其它物质的还原反应，其中最常见的是氢离子还原反应(析氢反应)

9. 简单镀层：只一层镀层。可以镀金属，也可以镀合金。经过镀后处理可以提

高镀层性能。

组合镀层：几层相同金属但性能不同的镀层组合，如

暗镍—半光亮镍—光亮镍

∙不同金属镀层迭加形成多层结构，如

铜—镍—铬。

10.复合镀层：固体微粒均匀地分散在金属中形成的镀层，又称为弥散镀层。如

镍—碳化硅，铜—氧化铝

11.镀层结构细致紧密，连续，孔隙尽量少。不允许有斑点。镀层应有一定的厚

度且厚度均匀一致。镀层光亮度，硬度，耐蚀性等指标符合规定。

电镀理论基础

1.当电极反应处于平衡状态，正反应速度与逆反应速度相等，净反应速度等于

零，即电极反应既不表现为氧化反应，也不表现为还原反应。平衡状态下的电极电位为平衡电位Ee

2.如果有外加电流流入电极，电位将偏离Ee，称为电极反应“极化”。

极化的程度称为“过电位”(超电压)η：η = E – Ee

3.析出电位E析：使金属离子还原反应速度达到一定数值，因而工件上有镀层

沉积出来的阴极电位称为金属的析出电位 (或放电电位、沉积电位)。

4.只有当阴极电位负移到金属析出电位以负，即 Ec < E析，这种金属才可能

在阴极上沉积出来。

5.金属络离子活度增大，则平衡电位Ee正移，因而析出电位E析正移，金属

离子还原反应倾向增大；而游离络合剂活度增大，则平衡电位Ee负移，因而析出电位E析负移，金属离子还原反应倾向减小。

6.为什么会发生副反应？答：1. 电解液中不止一种物质能够发生还原反应2.

能否发生还原反应取决于电位条件。 Ec < E析

7.在电镀过程中其它物质的还原反应(阴极副反应)能否发生取决于它们的析

出电位与被镀金属析出电位的比较。

8.液相传质：金属离子由溶液主体向电极表面迁移。电子转移：金属离子在电

极表面得到电子发生还原反应，生成金属原子。新相生成：金属原子形成金属晶体(结晶)。

9.电化学极化：电子转移步骤的阻力所造成的极化，也叫做活化极化。电化学

极化控制的电极反应：液相传质的阻力可以忽略不计

10.在电镀中，金属离子还原反应的交换电流密度愈大，则析出过电位的绝对值

愈小。当平衡电位相近时，交换电流密度较大的金属离子的析出电位较正，其还原反应将优先发生。

11.浓差极化：液相传质步骤的阻力所造成的极化，也叫做浓度极化。浓差极化

控制的电极反应：电子转移的阻力可以忽略不计

12.电子转移步骤和液相传质步骤都存在阻力，因而既有浓差极化也有电化学极

化。

13.阴极极化率大，则阴极反应速度i c增加缓慢，说明阴极反应阻力大，容易

极化，“极化性能强”。在Ec ~i c 坐标系中，阴极极化曲线陡峭，在i c ~ -Ec 坐标系中，阴极极化曲线平坦。

14.阴极极化率小，则阴极反应速度i c增加迅速，说明阴极反应阻力小，不容

易极化，“极化性能弱”。在Ec ~i c 坐标系中，阴极极化曲线平坦，在

i c ~ -Ec 坐标系中，阴极极化曲线陡峭。

15.阴极自溶解：∙作为阴极的工件在电解液中可能发生自溶解(腐蚀)。∙由于

腐蚀是阳极氧化反应，在电镀过程中工件受到很大的阴极极化，氧化反应受到很大抑制，故工件的腐蚀可以忽略不计，

16.阳极反应：氧化反应：∙可溶性阳极(被镀金属材料制作) 金属氧化反应，

如镀镍。不溶性阳极(阳极本身不发生氧化反应而溶解)其它物质的氧化反应，如铬酐溶液镀铬2Cr3+ + 7H2O = Cr2O72- + 14H+ + 6e

17.阳极副反应：主要是析氧反应：2H2O = O2 +4H+ + 4e

18.对可溶性阳极的基本要求：(1) 不形成大的表面电阻，保证电流畅通。(2) 维

持镀液组成稳定。

19.当阳极电流效率和阴极电流效率相差较大时：∙调节阴极和阳极面积∙同时

使用部分不溶性阳极

20.防止阳极钝化：阳极钝化，使溶解速度下降，表面电阻增大，电镀不能正常

进行。∙电解液中加入活化剂，如氯化物∙阳极材料中加入某些合金元素，降低其钝化性能∙钝化后处理：升高温度，通入还原性气体(如氢气)，阴极