电镀基础知识讲座

电镀基础知识讲座(五)电镀的分类有很多，主要是根据镀层种类或者根据获得的镀层性能和作用来分。

表1-1是根据获得的镀层为单金属或者合金镀层来分类的，也就是常说的单金属电镀和合金电镀。

表1-1 常用单金属和合金电镀的种类单金属电镀二元合金电镀三元合金电镀四元合金电镀Zn，Cd，Cu，Ni，Cr，Sn，Au，Ag，Pb，Fe，Pd，Pt，Co，Mn，Rh，In，Re，Ru，Sb，Bi等Cu-Zn，Cu-Sn，Cu-Cd，Sn-Ni，Sn-Zn，Sn-Co，Sn-Cd，Sn-Bi，Au-Cu，Au-Ag，Au-Co，Au-Ni，Au-Sb，Ag-Sb，Ag-Cd，Ag-Zn，Ag-Pb，Ag-Cu，Ag-Sn，Ag-Pd，Ag-Pt，Zn-Ni，Zn-Fe，Zn-Sn，Zn-Co，Cd-Ti，Pb-Sn，Ni-Co，Ni-W，Ni-Fe，Ni-P，Ni-Mo，Ni-Cu，Cr-Ni，Cr-Mo，Cr-Fe，Pd-Ni，Pd-Pt，Co-Fe，In-Pb，Re-Fe，Re-Co等Cu-Zn-Sn，Cu-Sn-Ni，Ni-W-B，Ni-W-P，Ni-Co-Fe，Ni-Co-Cu，Cr-Fe-Ni，Sn-Ce-Sb，Sn-Ni-Cu，Sn-Co-Zn，Au-Pd-Cu，Ag-Pt-Pd，Zn-Ni-Fe等Cu-Sn-In-Ni，Co-Ni-Re-P，Au-Pd-Cu-Ni等另外还可以根据获得的镀层功能性来分：防护性镀层、装饰性镀层、耐磨、减摩性镀层，以及抗高温氧化、耐热、电性能、磁性能、光学性能、半导体性能、超导性能、杀菌性能等镀层。

也就是除了在传统的装饰、防护方面的应用外，目前的电镀技术主要是制备一些新型的功能性镀层，如目前大量应用于IT产业的印制板电镀层、磁记录介质膜层等。

还有就是根据金属电镀层的实际状态（如叠层、功能作用等）来划分一些镀层的类型（见图1-1）。

单金属镀层合金镀层复合镀层缎面镍镀层沙面镍镀层装饰镀银层装饰镀铬层图1-1 常见镀层的分类电镀基本概念电镀技术又称为电沉积，是在材料表面获得金属镀层的主要方法之一。

是在直流电场的作用下，在电解质溶液（镀液）中由阳极和阴极构成回路，使溶液中的金属离子沉积到阴极镀件表面上的过程（见图1-1）。

图1-1 电镀过程示意图电镀是众多表面处理技术中的一种历史较长，工艺相对成熟，成本低廉，对国民经济各行业发展起到重要的作用的技术。

尤其是随着现代工业和技术的发展，许多产品零部件在使用过程中会遇到各种非常特殊的工况条件，如严酷的腐蚀环境，磨损、摩擦环境，特殊的细孔（计算机线路板），电池等，这对零部件表面电镀层的功能性就提出了更高的要求，如要求高的耐腐蚀性、抗高温氧化性、良好的导电性、高的硬度、高的耐磨性和减摩性、微细加工的均匀性以及其它某些特殊的物理、化学特性等等。

一些特殊的超导性质、磁学性质、半导体性质以及杀菌特性的功能膜层等都希望用电镀的方式在零部件表面获得。

因此，用电镀技术获得功能性膜层已经成为现代应用电化学工作者重点研究的方向之一。

而且通过它获得各种功能薄膜材料已经成为工业界应用功能膜层材料可选择的重要技术之一。

第五讲──电镀液的组分及其作用1 镀液的主要组分镀液的主要组分是指镀液中不可缺少、量又较多的组分。

1.1 水水是电镀液不可缺少的最主要组分，是电镀液中溶解其他可溶性组分(溶质)的溶剂。

水的电离特性、电解反应及水质好坏，是必须严重关切的问题。

1.2 主盐1.2.1 主盐的作用主盐是指形成镀层组分的金属盐类，为必不可少的组分。

其多数为强电解质，在水中几乎百分之百电离成金属离子与酸根。

单金属电镀只需一种主盐，二元合金电镀需2种主盐(如镀青铜需铜盐与锡盐)，三元合金则需3种主盐(如三元仿金镀需铜盐、锌盐、锡盐)。

可溶性阳极电镀，镀液中金属离子还原消耗后可由阳极溶解补充；而不溶性阳极电镀(如镀铬与用钛网镀铂作阳极的无氰镀金)，则应及时补充含镀层金属的化合物来补充消耗。

1.2.2 主盐的影响主盐浓度越高，扩散传质速度越快，浓差极化越小，允许采用的阴极电流密度越高，镀层越不易烧焦，这是任何电镀的一条共同规律。

对于光亮性电镀，主盐浓度高些，光亮整平的阴极电流密度范围向高电流密度区移动，而低电流密度区光亮整平性可能变差。

主盐浓度的提高受某些因素(如主盐的溶解度、络合物电镀的络合比等)的限制，不是想要多高就能做到多高。

对于氯化物镀锌、光亮酸铜这类简单盐电镀，主盐浓度过高反而有害，原因是单靠添加剂产生电化学极化是不够的(添加剂加入过多，有害无益)，而必须保持适度的浓差极化(见第四讲)，否则镀液分散能力、深镀能力下降，低电流密度区亮度不足，这对滚镀效果的影响更明显。

因此不能片面追求大的允许电流密度而将主盐浓度控制得太高。

对于锌酸盐镀锌，只有苛性钠与氧化锌的质量比(称为锌碱比，以α表示)大于等于10时，镀液才稳定。

氧化锌每增加5g/L，苛性钠应增加50~60g/L，但溶液过浓也有害处。

主盐浓度不能过低。

对于镀亮镍，当Ni2+浓度低于某一临界值时，无论如何加入光亮剂，镀层都不亮。

电镀液的低浓度化可减少投资和带出损耗，但实现的难度很大。

对于六价铬镀铬，即使采用稀土添加剂，铬酐的质量浓度也不能低于100g/L；否则镀液导电性差，温升快，而且杂质容忍量太低，无法控制。

1.3 导电盐1.3.1 导电盐的作用惰性强电解质，它们几乎百分之百在镀液中电离成正、负离子。

之所以叫“惰性”，是因为电离产生的阳离子的析出电位都很负，不会在阴极还原，而生成的阴离子在阳极的氧化电位又很正，不会在阳极被氧化，只有带出损耗。

金属靠其中的电子导电，称为”第一类导体”；而电解质溶液靠正、负离子导电，称为”第二类导体”。

镀液中的正、负离子多，则导电性好。

加入导电盐提高镀液电导率至少有2个好处：一、镀液的电导率越高，其分散能力越好，工件上镀层厚度分布越均匀(详见第八讲)；二、当总电流(电流强度)相同时，镀液导电性越好，则槽电压越低，越省电。

对于氯化物镀锌，加入的氯化物主要用作导电盐(Cl–对Zn 2+仅有很微弱的配位作用)。

因钾盐的导电性比钠盐好得多，故宜用氯化钾。

若为省钱而用氯化钠，则得不偿失。

酸性镀铜液本身的导电性很好，不必另加导电盐。

但镀镍液中加入硫酸钠与硫酸镁作导电盐，则好处明显。

其中硫酸镁并非完全惰性，镁离子会参与阴极还原，形成微镁镍合金，使暗镍层结晶细化而显得”白嫩”。

配合物(络合物)电镀，因主盐浓度提高受到限制，故常加导电盐。

如HEDP镀铜、金、银等，常加适量碳酸钾作为导电盐。

1.3.2 使用导电盐时应注意的问题导电盐并非越多越好，其含量有一个最佳值。

一旦超过其最佳含量，镀液的电导率反而下降。

这尤如道路上车少时交通不便，车过多了又拥挤不堪，交通不畅。

导电盐过多还有其他副作用。

如氯化钾镀锌液中KCl过多会引起“盐析现象”，降低添加剂中表面活性剂的溶解度，使浊点降低，添加剂呈油状物浮出。

有条件的最好通过测定镀液电导率来确定最佳补加量。

用赫尔槽进行试验时，可用精密数字式电压表与电流表，在液位和电流相同的条件下，加导电盐至电压最低。

1.3.3 导电盐种类的选择原则（1）提高电导的效果。

一般而言，钾盐的导电性比钠盐好；碱性条件下不宜用铵盐，否则NH+呈氨气(NH3)而挥发掉。

（2）电离生成的阴、阳离子对镀液无副作用。

1.4 配位剂（络合剂）产生阴极电化学极化常用两种方法：一是加入具有表面活性的添加剂，其吸附在阴极表面，形成金属离子放电的阻挡层；二是加入配位剂，使简单金属离子转变为“背上包袱”的配离子（络离子），增加其放电难度。

所形成配离子的稳定性应适中。

配离子过于稳定，金属离子放电太困难，镀液中H+会乘机放电析氢，镀层易烧焦，允许阴极电流密度变小；配离子太不稳定，则阴极电化学极化又不足，在碱性条件下甚至会生成氢氧化物沉淀。

配离子的稳定程度受配合物种类、配位剂数量(单配位、双配位、多配位)、配合比、镀液pH、液温等多种因素影响，十分复杂。

1.5 pH缓冲剂加入pH缓冲剂是为了使镀液或阴极界面液层中的pH相对稳定，使其不至于变化太快而超过工艺允许的范围。

1.6 阳极去极剂（阳极活化剂）阳极易产生过大的阳极极化时易钝化，造成导电不良，影响电流分布的均匀性；若是可溶性阳极，则还会溶解不良，造成镀液中主盐金属离子浓度不断下降，电镀效果更差。

加入阳极去极剂(或称阳极活化剂)就是为了防止阳极钝化。

第六讲──电镀的工艺条件1 液温液温指相应工艺镀液允许的使用温度范围。

液温影响对流传质速度、镀液的黏度(进而影响电迁移速度)，影响电极电位与表面活性物质的吸脱附性质(进而影响阴极极化效果)，影响允许采用的阴极电流密度大小、物质的溶解好坏、镀液组分的交互影响等等。

2 pH当镀液pH低于1时，为强酸性，高于12时为强碱性，而pH在1~12之间时一般都应标明允许的pH范围。

pH的影响有一些规律性的东西。

3 阴极电流密度(Jk)这应当是指工业大生产时对具体工艺适用的平均阴极电流密度范围。

从提高生产效率角度讲，希望采用的阴极电流密度大些好，但实际允许值受多种因素的制约，包括浓差极化(如搅拌强度的影响)、电化学极化的影响(过大时镀层易烧焦)，液温、主盐浓度对传质速度的影响，工件复杂程度与装挂方式的影响，等等，不是想大就大得了的。

光亮性电镀有一个共同现象：阴极电流密度越大、越接近烧焦处的镀层光亮整平性越好，故条件允许时宜采用尽可能大的阴极电流密度。

4 阴阳极面积比(Ak∶Aa)当阴极所用电流密度确定后，对定型产品或尺寸镀铬时，依据工件受镀总面积来确定电流强度I(非定型定量入槽时，依据经验来确定)。

由于阴阳极处于串联状态，阳极的总电流也为I。

一般不规定阳极电流密度Ja。

可溶性阳极的总表面积是变化的：随着阳极消耗，其总表面积不断减小，Ja不断变大。

另外，平板阳极靠镀槽一面究竟有多大面积在有效导电，也很难确定。

因此实际阳极电流密度是很难确定的。

Ja过大或过小都不好：Ja过小，阳极有化学自溶作用时，镀液中主盐金属离子增加快；Ja过大，则阳极极化过大，阳极或呈渣状溶解形成阳极泥渣而浪费，或因析氧等原因而钝化。

因阳极并非所有表面都在有效导电，即使Jk=Ja，Ak∶Aa也会大于1。

故一般要求Ak∶Aa在1.5~2.0之间。

5 阳极材料对于阳极，不仅有面积要求，而且有时还有特殊要求。

有特殊要求时，在工艺条件中应予以注明。

6 搅拌对镀液实施搅拌，可提高对流传质速度，及时补充阴极界面液层中的消耗物。

及时补充主盐金属离子后，浓差极化减小，允许阴极电流密度上升，一可提高镀速，二可减小镀层烧焦的可能性；及时补充光亮剂、特别是整平剂的电解还原消耗，才能获得高光亮、高整平的镀层(所以光亮酸铜与亮镍都必须搅拌)。

搅拌还可及时排除工件表面产生的氢气泡，减少气体针孔、麻点搅拌的主要方式有阴极运动(水平或垂直的阴极移动，阴极旋转，阴极振动等)及空气搅拌两类。