合金电镀工艺知识大全,合金电镀的分类与特点

合金电镀工艺知识大全|合金电镀的分类与特点

合金电镀的基本原理

目前，人们对单金属电沉积和电结晶的了解还不多，对两种或两种以上金属的共沉积了解得就更少。因此，有关合金电镀，人们还只能提供一些实验数据的综合分析和定性的解释，而定量的规律和理论有待于进一步的研究和总结。事实证明，要实现两种金属的共沉积，应具备以下两个基本条件。

(1)两种金属中至少有一种金属能单独从其盐的水溶液中沉积出来：尽管在大多数情况下，形成合金的两种金属都能单独从其盐的水溶液中沉积出来，但有些不能单独沉积的金属如钨、钼等，可以在铁族金属的诱导下与之共沉积。

(2)要使两种金属共沉积，它们的析出电位要十分接近或相等。否则电位较正的金属会优先沉积，甚至排斥电位较负金属的析出。

合金及其电镀合金

由一种金属跟另一种金属或非金属所组成的具有金属特性的物质叫合金。合金一般由各组分熔合成均匀的液体，再经冷凝而制得。根据组成合金是元素数目的多少，有二元合金、三元合金和多元合金之分。根据合金结构的不同，又可以分成以下三种基本类型。

①共熔混合物

当共熔混合物凝固时，各组分分别结晶而成的合金，如铋镉合金。铋镉合金最低熔化温度是413K，在此温度时，铋镉共熔混合物中含镉40％，含铋60％。

②固溶体

各组分形成固溶体的合金。固溶体是指溶质原子溶入溶剂的晶格中，而仍保持溶剂晶格类型的一种金属晶体。有的固溶体合金是在溶剂金属的晶格结点上，一部分溶剂原子被溶质原子置换而形成的，例如，铜和金的合金；有的固溶体合金是由溶质原子分布在溶剂晶格的间隙中而形成的。

③金属互化物

各组分相互形成化合物的合金。一般说来，合金的熔点都低于组成它任何一种成分金属的熔点。例如，用作电源保险丝的伍德合金，熔点只有67ºC，比组成它的四种金属的熔点都低。合金的硬度一般都比组成它的各成分金属的硬度大。例如，青铜的硬度比铜、锡大，生铁的硬度比纯度大等。合金的导电性和导热性都比纯金属差。有些合金在化学性质方面也有很大的改变。例如铁很容易生锈，如果在普通钢里加入约15％的铬和约0.5％的镍，就成为耐酸、碱等腐蚀的不锈钢。

我国古代将合金也称为“齐”，主要用来表达含汞的合金，通常叫做汞齐。例如钠汞齐是钠和汞组成的合金，锌汞齐是锌和汞组成的合金。汞齐化曾经是电镀预镀的一种方法，现在已经很少采用。

合金是已有金属不能完全满足工业需要而开发出来的新材料。当然合金的开发还有一个重要的意义，就是以量大低价的金属替代一部分贵重或稀少的金属。

在当代，合金已经是金属应用的主要形式，成为国民经济中不可或缺的重要资源。除了我们熟知的钢铁合金、铜合金、铝合金、锌合金、镍合金以外，现在已经有更多应用在各种领域特别是高科技领域的新型合金材料，并且进一步发展出复合材料和纳米材料。这些新材料已经成为后工业化时代的标志。

但是，合金的制取至今仍然主要是依靠冶炼的方法。所以，当可以从电解液中电沉积出合金时，这是一种重要的创举。合金电镀不仅在表面装饰中大显身手，而且在功能性表面处理中有更为重要的价值。

合金电镀的文献在1835～1845年间有较多发表，最早得到的合金镀层是贵金属的合金，如金、银的合金，此后是铜合金，如铜锌合金。在1850～1883年间，美国和英国大约发表了380篇有关电镀的专利，其中有30篇是关于合金电镀的，包括黄铜、青铜以及金基、银基合金等。到20世纪，合金电镀有了迅速的发展，其中一个重要的进展是1936年出现的光亮镍钴合金，很快在工业上获得应用。电镀铅锡合金也开始出现。1950年后，美国的Brenner等人系统地研究了铁族金属（铁、钴、镍）的合金，英国研究了以锡为基础的合金，前苏联则主要研究了含猛、钨、铂、铬与其他金属组成的合金，还有轴承合金和电沉积合金的添加剂等。在合金电镀方面，前苏联做了大量研究和开发工作，其次是美国和日本，德国、英国和法国在这方面也做了一些工作。我国的电镀工作者也比较重视合金镀层的开发，在取代稀贵金属和装饰性合金电镀方面有不少建树，比如早期的铜锡合金代镍，还有三元合金仿金、枪色、代络等，都获得了广泛的应用。

现在利用电沉积的方法已经可以获得的合金多达几百种，其中已经在工业中应用的合金镀层见下表：

利用电镀技术可以获得的合金镀层和复合镀层

可获得的合金镀层

铜锌、铜锡、铜锡锌、锡钴、锡镍、镍铁、锌铁、锌钴、锡锌、镉钛、锌猛、锌铬、锌钛、镉锡、锌镉、锡铅、镍钴、镍钯、镍磷、铬镍、铁铬镍、铬钼、镍钨、银铜、银钯、银镉、银锌、银锑、银铅、金钴、金镍、金银、金铜、金锡、金铋、金锡钴、金锡铜、金锡镍、金银锌、金银镉、金银铜、金铜镉银

备注

这里只列举了主要的二元合金和少数三元合金，四元及四元以上的合金镀层并未列出

合金往往改变了原来单一的某些性质，或使某些性能得到了加强，特别是力学性能，这对电镀是很重要的。电镀加工需要针对不同的用途，选用符合产品的力学性能要求的工艺，包括机械强度、延展性、耐蚀性、热性能等。而有些性能只有利用合金才能实现。这时采用合金电镀就是必要的了。

合金电镀的特点

－1－制取火法冶金不能制取合金

采用电镀的方法获得合金与火法冶金法相比，有着很多的优点。最重要的就是采用电镀法可以制得用冶金法难以得到的合金，特别是可以获得熔练法无法制取的非晶态合金，比如镍磷合金、镍硼合金。

由于非晶态合金的原子排列是无序的，没有晶粒间歇、晶格错位等微观结构缺陷，也不会出现偏析等现象，因而是各向同性的均匀合金。这种特征使其在化学性能、物理性能和力学性能上都与晶态合金有不同的特点。

－2－制取含有难以单独电沉积元素的合金

采用电镀合金法，也可以让单独不可能电沉积的金属或元素变成为可以与合金成分共沉积的金属。比如前面已经提到镍磷合金、镍硼合金中的磷、硼、单独是不可能电沉积出来的。还有镍钨合金、镍钼合金中的钨、钼等，类似的还有铼、硼、单独是不可能电沉积出来的。还有镍钨合金、镍钼合金中的钨、钼等，类似的还有铼、钛、晒、砷、铋等。这些难以单独电镀出来的元素，都可以通过合金电镀获得相应的合金镀层。

－3－获得高熔点金属与低熔点金属的合金

一些熔点相差很大的金属，难以用热熔法制取合金，但是用电镀的方法可以很容易获得。比如锡镍合金、锌镍合金等。

－4－获得金相图上没有的合金相

由于电结晶的原理不同于热熔法，并且可以通过改变电沉积工艺参数来获得不同的微观结构，因此，电镀出来的合金可以是合金金相图上没有的新相，如铜锡合金、锡镍合金等。

－5－可以有更好的合金性能

用电镀法获得的有些合金比一般热熔法获得的合金有更好的力学性能，比如更高的硬度、更好的耐磨性等。比如镍钴合金、镍磷合金等。

－6－开发新合金和复合镀层