材料表面技术

电镀的基本原理

电镀的基本过程

电镀的基本过程（以镀镍为例）是将零件浸在金属盐的（如NiSO4）溶液中作为阴极，金属板件作为阳极，接通电源后，在零件表面就会沉积出金属镀层。

如右图所示：例如在硫酸镍电镀溶液中镀镍

在阴极上发生还原的反应：

Ni2++2e-→Ni （2-1）

另外，镀液中的氢也会还原为氢

的副反应：

2H++2e-→H2↑（2-2）

析氢副反应可能会引起电镀零件的氢脆，造成电镀效率降低等不良后果。

在镍阳极上发生金属镍失去电子变为镍离子的氧化反应：

Ni→Ni2++2e- （2-3）有时还有可能发生如下的副反应：

4OH-→2H2O+O2+4e- （2-4）

在电镀过程中，电极反应是电流通过

电极/溶液界面的必要条件，正因如此，阴极上的还原沉积过程由以下几个过程构成：

①溶液中的金属离子（如水化金属离子或络合离子）通过电迁移、对流、扩散等形式到达阴极表面附近；②金属离子在还原之前在阴极附近或表面发生化学

转化；③金属离子从阴极表面得到电子还原成金属原子；④金属原子沿表面扩散到达生长点进入晶格生长，

或与其他离子相遇形成晶核长大成晶体。

影响镀层质量的因素⑴镀前处理质量

⑵电镀溶液的本性

⑶基体金属的本性

⑷电镀过程电流密度、温度和搅拌等因素

⑸析氢反应——在电镀过程中，大多数镀液的阴极反应都伴随着有氢气的析出，在不少情况下析氢对镀层质量有恶劣的影响，主要有针孔或麻点，鼓泡氢脆等。如当析出的氢气黏附在阴极表面会产生针孔或麻点，当一部分还原的氢原子渗入基体金属或镀层中，使基体金属或镀层的韧性下降而变脆叫氢脆。为了消除氢脆的不良影响，应在镀后应在镀后进行高温除氢处理。

⑹镀后处理

电镀锌工艺分为氰化物镀锌和无氰镀锌两类。

氰化物镀锌工艺特点：电镀液具体较好的分散能力和深镀能力，对杂质的敏感性小，工艺容易控制，操作及维护简单，电流密度与温度范围宽。

电极反应

阴极主反应：

[Zn(CN)4]2-+4OH-→[Zn(OH)4]2-+4CN-

[Zn(CN)4]2- →Zn(OH)2+2OH-

Zn(OH)2+2e- →Zn+2OH-

阴极副反应：2H2O+2e- →H2↑+2OH-

阳极主反应：Zn →Zn2++2e-

Zn2+再分别与CN-和OH-络合

Zn2++4CN- →[Zn(CN)4]2-

Zn2++4OH- →[Zn(OH)4]2-

当阳极钝化时，还将发生析出氧气的副反应：

4OH- →2H2O+O2+4e-

氰化物镀锌镀液的组成及作用：氧化锌是提供锌离子的物质，为主盐，氰化钠是主络合剂，氢氧化钠是辅助络合剂；硫化钠是一种主要的添加剂，使重金属杂质沉淀以保证镀层质量，还有使镀层产生光亮的作用。甘油的作用是为了提高阴极极化，有利于获得均匀细致的镀层。

金属镍具有很高的化学稳定性，在稀酸、稀碱及有机酸中具有很好的耐蚀性，在空气中镍与氧相互作用可形成保护性氧化膜而使金属镍具有很好的抗大气腐蚀性能。

镀镍主要应用在五金日用产品，汽车，自行车，摩托车家用电器，仪表，仪器，照相机等零部件上，作为防护-装饰性镀层的中间镀层。由于镀镍层具有较高的硬度，在印刷工业中用来提高表面硬度，也用来电铸，塑料磨具成型。

镀铬——铬是一种微带天蓝色的银白色金属。有强烈的钝化能力，使其具有较高的化学稳定性。其硬度很高，镀层具有很高的硬度和耐磨性，常用于零件修复或易磨损件的电镀。

第五章气相沉积技术

←物理气相沉积；物理气相沉积是一种物理气相反应为生长法，是利用某种物理过程，在低气压或真空等离子体放电条件下，发生物质的热蒸发或受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从物质源到基体表面生长出与基体性能明显不同薄膜（涂层）的人为特定目的物质转移过程。

←物理气相沉积过程可概括为三个阶段：

①从源材料中发射出粒子；

②粒子输运到基片；

③粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。

← 5.1.1 真空蒸发沉积

← 5.1.2 电阻蒸发沉积

← 5.1.3 电子束蒸发沉积

← 5.1.4 溅射沉积

← 5.1.5 离子镀原理：离子镀技术是结合蒸发与溅射两种薄膜沉积技术而发展的一种物理气相沉积方法，具有与基材附着力大、速度大、等优点。如图所示。这种方法使用蒸发方法提供沉积用的物质源，同时在沉积前和沉积中采用高能量的离子束对薄膜进行溅射处理。定义见绪论。

← 5.1.6 外延沉积（生长）离子

化学气相沉积技术

•化学气相沉积（CVD）是在一定的真空度和温度下，将几种含有构成沉积膜层的材料元素的单质或化合物反应源气体，通过化学反应而生成固态物质并沉积在基材上的成膜方法。

•

•等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术

金属有机物化学气相淀积(MOCVD)

等离子化学气相沉积(PCVD)

第六章热喷涂与堆焊

•热喷涂

•原理及特点

•原理：是使用各种方式的热源，使喷涂材料加热至熔融或半熔融状态，用高压气流将其雾化，并以一定速度喷射到经过预处理的零件表面，从而形成涂层的表面加工技术。

堆焊技术

堆焊技术是利用焊接方法进行强化机械零件表面的一种维修焊接技术。这一技术可以改变零件表面的化学成分和组织结构，完善其性能，延长零件的使用寿命，具有重要的经济价值。

(1)堆焊的特点

堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔覆在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊技术是焊接的一个分支，是金属晶内结合的一种熔化焊接方法。但它与一般焊接不同，不是为了连接零件，而是用焊接的方法在零件的表面焊一层或数层具有一定性能材料的工艺过程。其目的在于修复零件或增加其耐磨、耐热、耐蚀等方面性能。因此，堆焊具有一般焊接方法的特点，但又有其特殊性。

•1）影响堆焊层性能的主要因素是堆焊层的合金成分和组织性能；

•2）堆焊在多数情况下，又有异种材料（特别是高合金）焊接的特点；

•3）为了保证堆焊层的特殊性能堆焊时要尽量降低稀释率；

•4）堆焊合金与基体金属的相变温度和膨胀系数等物理性能要尽量相近，以免在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的组织应力与热应力，造成堆焊层的开裂、