小铁片表面镀铜(电镀)

小铁片表面镀铜

电镀部分

吴浪0843022070

同组成员：张海龙0843022033 韦富贵：0843022015

一、实验目的

1、学习和实践基体表面镀铜的实验室基本操作流程。

2、了解电镀的主要装置、基本原理和工艺。

3、对自我设计的实验进行实践验证，并在实验完成后学习、总结该实验。

二、实验原理

电镀是利用电化学方法在金属制品表面上沉积出一层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属做阳极，被氧化成阳离子进入电镀液；待镀的金属制品做阴极，镀层金属的阳离子在金属表面被还原形成镀层。为排除其他阳离子的干扰，且使镀层均匀，牢固，需用含镀层金属阳离子的溶液做电镀液，以保持镀层金属阳离子的浓度不变（此实验故用CuSO4作电镀液）。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等，电镀能增强金属制品的耐腐蚀性，增加硬度和耐磨性，提高导电性，润滑性，耐热性和表面美观等性能。

镀液由含有镀覆金属的化合物、导电盐、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电场作用下移动到阴极上还原成镀层。阳极的金属形成金属离子进入电镀液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。主盐：主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。镀液中主盐浓度必须在一个适当的范围，主盐浓度增加或减少，在其它条件不变时，都会对电沉积过程及最后的镀层组织有影响。比如，主盐浓度升高，电流效率提高，金属沉积速度加快，镀层晶粒较粗，溶液分散能力下降。

导电盐：是电镀中除主要盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。有些附加盐还能改善镀液的深镀能力，分散能力，产生细致的镀层。

络合剂：能络合主盐中金属离子的物质。有些情况下，若镀液中主盐的金属离子为简单离子时，则镀层晶粒粗大，因此，要采用络合离子的镀液。获得络合离子的方法是加入络合剂，即能络合主盐的金属离子形成络合物的物质。络合物是一种由简单化合物相互作用而形成的“分子化合物”。在含络合物的镀液中，影响电镀效果的主要是主盐与络合剂的相对含量，即络合剂的游离量，而不是绝对含量。

缓冲剂：缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质。这类物质一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成的，能使溶液遇到碱或酸时，溶液的pH值变化幅度缩少。添加剂：为了改善镀液性能和镀层质量，加入电镀液中的某些有机物。一般有以下几类：

（1）光亮剂：使镀层光亮。

（2）整平剂：使镀件微观波谷处的镀层更厚。

（3）润湿剂：降低电极与溶液间的表面张力，使溶液易在电极表面铺展。

（4）应力消减剂：降低镀层内应力，提高镀层韧性。

（5）镀层细化剂：使镀层结晶细致。

阳极活化剂：镀液中能促进阳极活化的物质称阳极活化剂。阳极活化剂的作用是提高阳极开始钝化的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。阳极活化剂含量不足时阳极溶解不正常，主盐的含量下降较快，影响镀液的稳定。严重时，电镀不能正常进行。

电镀的基本原理如上图所示。在分别接入直流电源正负极的两洁净铜片间，以硫酸铜溶液作为介质就构成了一个简单的电镀铜装置。电镀时，在外电场作用下，阳极表面金属离子失去电子，氧化成离子进入溶液；而运动到阴极表面的离子则获得电子，还原成原子，沉积在阴极表面形成镀层。可见，阴极过程对电镀层的质量起决定性作用。电镀反应实质上是一种电化学反应。

被镀的零件为阴极﹐与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极联结，阳极与阴极均浸入镀液中。当在阴阳两极间施加一定电位时﹐则在阴极发生如下反应﹕从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子M+从阴极上获得电子﹐还原成金属M；另一方面﹐在阳极则发生与阴极完全相反的反应﹐即阳极界面上发生金属N的溶解﹐释放电子生成金属离子N+。

三、实验仪器及试剂

烧杯、量筒、玻璃棒、胶头滴管、天平、导线、粗铜丝、欲镀零件（小铁片）、直流稳压电源、硫酸铜（10~15g/L）、氢氧化钠（8~14g/L）、甲醛37%（10~15ml/L）、甲醇（40~80ml/L）、酒石酸钾钠（40~60g/L）、亚铁氰化钾（80~130mg/L）（按实验中实际使用仪器及试剂列出）。

四、实验内容

1、配制实验所需的镀铜溶液。

2、观察镀铜的工艺过程。

3、检查镀铜层的质量，为下一步实验分析做好相应准备。

五、实验步骤（预处理后的步骤）

1、用带有刻度的烧杯量取200ml蒸馏水，备用。

2、用天平按要求称量固体试剂并用玻璃棒搅拌溶解于烧杯中。

3、用量筒按要求量取液体试剂并倒入烧杯中，搅匀。

4、安装电镀装置，电源阳极与粗铜丝连接，待镀铁片做阴极并放入配制好了

的电镀液中（实验时注意阳极和阴极之间的距离，不可挨着）。

5、打开直流稳压电源，电流调至0.5A，直流稳定电压为25V，电镀20分钟。

6、观察铁片表面的电镀情况，适时关闭电源，取下铁片，水洗，擦干。

六、实验分析

对该实验所得镀铜铁片观察时发现铜镀层已稳固镀覆在铁片上且表面呈铜金属的暗红色，实验可以说是成功的，但仔细观察却有如下几点缺陷：存在小孔，麻点，烧焦，光亮度不足及应当镀覆的部位没有镀覆。用砂纸打磨除去铁片表面锈迹时会在铁片表面产生划痕，并且由于实验条件及人员过多并未对欲镀铁片进行抛光，镀液中可能有铜粉或一价铜存在以至于镀层存在小孔，麻点等缺陷。实验开始时电流过大，在电极夹持部位出现烧焦，此外，镀液温度过低，硫酸铜浓度偏低都可能引起烧焦的情况发生。光亮剂不够，镀液温度过高，硫酸含量偏高或硫酸铜偏低，镀液有杂质污染，阳极面积不够等因素都可能引起镀层光亮度不足。在电镀结束后也未对未镀成功的部分进行再次电镀，故电极夹持部位无镀层。但这恰好可与有镀层部分进行对比。

七、实验总结

这次铁片表面镀铜的实验成果虽存在各种缺陷但考虑到实验时间及实验条件的有限性可以说这次实验是可以肯定的。在实验过程中也发现了诸多问题，很多理论知识在实际运用中并不能灵活地运用，有时还会出现错误，比如左物右码这一类简单的理论谁都知道，但在实验操作时却很容易忘记这一规则。在试剂配制过程中要充分考虑试剂间是否会发生反应以及反应物对实验的影响，是否会有影响，对实验是有利还是有弊。在做实验是既要按照实验规则进行实验也不能墨守成规一成不变，在不影响实验的前提下可以做一些适当的改变。实验是实践，这次实验对培养自己的科学科研精神有很大的提高，自主动手能力、学科兴趣也有很大的提高，不能不说这是一次很有意义的自主实验。