金属表面处理——电化学法 共38页
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电化学chapter7_金属的表面精饰PPT课件
(4)、金属离子从络离子体系中析出较简单水溶液体系更困难，
涉及更大的电化学极化。尽管pK不稳的数值与超电势无直接联系， 但一般K不稳较小的络离子还原时，呈现较大的阴极极化。
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14
如：在2.2*10-3mol/LCd2++0.5 mol/LNa2SO4溶液中
Cd汞齐(1%)电极:i0=4*10-2 A/cm2 在2.3*10-3mol/LCd2++ 2.0*10-2mol/LNaCN+ 5 mol/L NaCl溶液中
2、溶液中金属离子以稳定的络离子形式存在，则为了实现还原反应就 必须由外界供给更多的能量，因而平负移，使金属析出变得困难。如 在氰化物溶液中，分界线的位置向右移动，只有铜分族及其右方的金 属元素才能在电极上析出；
3、在非水溶剂中，金属离子的溶剂化能与其水化能相差很大。因此， 在各种非水溶剂中，金属的活泼顺序可能与水溶液颇不相同。此外，
新的液滴，必须存在一定过饱和现象？
“伟相”和“微相”具有不同的化学势。微小的晶
体具有较大的溶解度，微小的液滴具有更大的蒸汽压，
大晶体的饱和溶液对微晶而言是不饱和的，大液滴的
饱和蒸汽压对微液滴是不饱和的，因此不能形成新核。
同理，只有在比由大晶体组成的电极的平衡电极
电势更负的电势下微晶才是稳定的。电极电势越负，
积 速 度 减 缓 。 从 而 达 到24 整平目的。
添加剂的选择原则：
⑴ 在金属电沉积的电势范围内，添加剂能在镀件表面上发生 吸附； ⑵ 添加剂在镀件表面的吸附对金属电沉积过程有适当的阻化 作用； ⑶ 毒性小，不易挥发，在镀液中不发生化学变化，其可能的 分解产物对金属沉积过程不产生有害的影响； ⑷ 不过分降低氢在阴极析出的超电势； ⑸ 为了尽可能避免埋入镀层，其在镀件表面的脱附速度应比 新晶核生长速度要快； ⑹ 添加剂的加入还不能对阳极过程造成不利的影响。
第2章 金属表面的电化学处理加工
整平剂作用机理：
• ⑴在整个基底表面上，金属电沉积过程受电化学 活化控制（即电子传递步骤是速度控制步骤）； • ⑵整平剂能在基底电极表面发生吸附，并对电沉 积过程起阻化作用； • ⑶在整平过程中，吸附在表面上的整平剂分子是 不断消耗的，即整平剂在表面的覆盖度不是处于 平衡状态，整平剂在基底上吸附过程受其本身从 本体溶液向电极表面扩散步骤控制。
⑵机理二：
•光亮剂具有使不同晶面的生长速度趋于一致的能 力。光亮剂分子优先吸附在金属电结晶生长较快 的晶面上，且能对电沉积起阻化作用，导致镀件 表面不同位置的生长速度趋于一致，加上几何平 整作用，得到光亮的镀层。
•光亮剂通常是含有下列基团的物质：R—SO3H、— NH2、＞NH、RN=NR＇、—SR、R2C=S、RO-、ROH、 RCOO-。
添加剂的选择原则： • ①在金属电沉积的电势范围内，添加剂能 在镀件表面上发生吸附； • ②添加剂在镀件表面的吸附对金属电沉积 过程有适当的阻化作用；
• ③毒性小，不易挥发，在镀液中不发生化 学变化，添加剂本身或可能的分解产物对 金属沉积过程不产生有害的影响；
• ④不过分降低氢在阴极析出的超电势；
• •
•
表面活性物质对双电层的影响，表现在： ⑴改变了界面的电势分布，导致双电层中放电 物种——简单金属离子的浓度降低；
⑵阻化了该种离子阴极还原反应的速率，却加 速了络合阴离子的还原反应速率。
• 表面活性剂对电沉积反应速率的影响，原因： • ⑴吸附改变了界面的电势分布，影响了反应速率； • ⑵活性物质在电极表面的吸附，引起表面沉积反 应活化能的变化，甚至可能改变金属电沉积反应 的机理。 • 表面活性物质对镀层还起整平、光亮作用。 • 整平剂：能够在微观不平整的镀件表面获得平整 表面的添加剂。
应用电化学41金属电沉积和电镀原理ppt课件
特点：它们的极化原因是电化学引起的，因此是电化学极 化，并可从简单盐中沉积出致密的镀层。
2）络离子的还原
设 氰化物镀铜电解液基本组成
CuCN 35g/L（0.4 mol/L） NaCN 48g/L （1.0 mol/L） Cu＋ 与CN－形成的络离子可能有[Cu(CN)2]-、 [Cu(CN)3]2-、 [Cu(CN)4]3-等不同形式，认为主要存在形式是[Cu(CN)3]2其在水中的电离平衡为：[Cu(CN)3]2-＝Cu＋＋3CN－
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
2）络离子的还原
设 氰化物镀铜电解液基本组成
CuCN 35g/L（0.4 mol/L） NaCN 48g/L （1.0 mol/L） Cu＋ 与CN－形成的络离子可能有[Cu(CN)2]-、 [Cu(CN)3]2-、 [Cu(CN)4]3-等不同形式，认为主要存在形式是[Cu(CN)3]2其在水中的电离平衡为：[Cu(CN)3]2-＝Cu＋＋3CN－
阴极性镀层 当镀层与基体金属形成腐蚀电池时，镀层因电位比基体更
正，基体金属首先受到腐蚀溶解，这时镀层为阴极性镀层。 阴极性镀层仅能对基体起到机械保护作用，不能起到电化
学保护作用，如：
铁上镀Sn： Sn2 /Sn －0.14V Fe2 /Fe －0.44V?
形成腐蚀电池时，Sn为阴极，Fe为阳极
(4) 电铸
提纯金属或湿法冶金
(5) 电加工 某些精密的零件，机械加工困难，可采用电加
工成型技术
(6) 表面处理 制备特殊用途材料如发泡镍、中空镍纤维等
(7) 高科技 如电沉积法制备一维纳米线
(8) 材料制备 制备催化材料、复合材料、金属膜材料等
常规电镀对电镀层的基本要求： 通常对电镀层要求：
镀层与基体结合牢固，一定的厚度及厚度均匀 镀层结构致密、孔隙率小等。 进一步要求：镀层内应力小、柔韧性好、有一定的硬度、
自行车轮镀铜镍铬； 吊灯等灯具电镀仿金镀层或仿银镀层； 仪器仪表盘装饰性电镀缎面镍；
功能性镀层 功能性镀层是具有特定功能和特定意义的镀层， 通常是只对 某一种零件和某一种特殊使用条件下所要求的特殊功能，因 此功能性镀层包括的项目较多，而且随着技术的发展和应用 的开发，今后还会越来越多，如： •耐磨镀层： 提高零件的表面硬度，增加抗磨损性能（如直 轴、曲轴、气缸， 纺织机械中的各种辊桶镀硬铬或喷涂陶磁 微粒）； •减磨镀层： 多用于滑动接触面，需要电镀韧性好的金属， 如轴瓦，轴套等镀Sn、Pb-Sn、Pb-In等；
表面工程学科体系
第十页，共38页。
（7）表面工程促进(cùjìn)了机械维修创新-再制造
1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生并称为“重新制 造”， 2005年美国再制造产值已超过1000亿美元，100万人 就业。
德国大众从1941年开始再制造，到2004年已再制造发动机748万 台，变速器240万台。
再制造成本节约50%，节能60%，节材70%。 再制造目前已在我国得到了广泛的重视。2009年11月，工业与信
第五页，共38页。
二.表面工程技术(jìshù)的目的及其意义 1.表面工程技术(jìshù)的 目的
第六页，共38页。
表2-1：表面(biǎomiàn)工程有关的表
第七页，共38页。
第八页，共38页。
2.表面工程技术(jìshù)的 意（义1）满足社会生产及人民生活的需要
表面工程技术应用在钟表、手饰、灯具、餐具、 家具及仿古建筑等方面。
第三页，共38页。
几种常见的金属表面处理(chǔlǐ)技 术
第四页，共38页。
2. 现代(xiàndài)表面工程的发 展历程
—1983 年英国T. Bell(英国伯明翰大学教授)在伯明翰 大学建立沃福森表面工程研究所
— Surface Engineering（1984） — 1985年，英国第一届表面工程国际会议 — 1986年，国际热处理与表面工程联合会 — 1987年，英国第二届国际会议 — 1987年12月在北京成立表面工程研究所，徐滨士
电刷镀方面，研究出摩擦电喷镀及复合 电刷镀技术
高能束应用方面，发展了激光或电子束 表面淬火、表面熔覆等技术
第二十七页，共38页。
2.发展(fāzhǎn)复合表面工程技术
单一的表面工程技术，由于(yóuyú)其固有的局限性，不能 满足日益苛刻工况条件的要求，通过最佳协同效应获得了 1+1>2 的效果，解决了一系列高新技术发展中特殊的工程技 术难题
（7）表面工程促进(cùjìn)了机械维修创新-再制造
1984年美国“技术评论”提倡旧品翻新或再生并称为“重新制 造”， 2005年美国再制造产值已超过1000亿美元，100万人 就业。
德国大众从1941年开始再制造，到2004年已再制造发动机748万 台，变速器240万台。
再制造成本节约50%，节能60%，节材70%。 再制造目前已在我国得到了广泛的重视。2009年11月，工业与信
第五页，共38页。
二.表面工程技术(jìshù)的目的及其意义 1.表面工程技术(jìshù)的 目的
第六页，共38页。
表2-1：表面(biǎomiàn)工程有关的表
第七页，共38页。
第八页，共38页。
2.表面工程技术(jìshù)的 意（义1）满足社会生产及人民生活的需要
表面工程技术应用在钟表、手饰、灯具、餐具、 家具及仿古建筑等方面。
第三页，共38页。
几种常见的金属表面处理(chǔlǐ)技 术
第四页，共38页。
2. 现代(xiàndài)表面工程的发 展历程
—1983 年英国T. Bell(英国伯明翰大学教授)在伯明翰 大学建立沃福森表面工程研究所
— Surface Engineering（1984） — 1985年，英国第一届表面工程国际会议 — 1986年，国际热处理与表面工程联合会 — 1987年，英国第二届国际会议 — 1987年12月在北京成立表面工程研究所，徐滨士
电刷镀方面，研究出摩擦电喷镀及复合 电刷镀技术
高能束应用方面，发展了激光或电子束 表面淬火、表面熔覆等技术
第二十七页，共38页。
2.发展(fāzhǎn)复合表面工程技术
单一的表面工程技术，由于(yóuyú)其固有的局限性，不能 满足日益苛刻工况条件的要求，通过最佳协同效应获得了 1+1>2 的效果，解决了一系列高新技术发展中特殊的工程技 术难题
金属表面处理工艺(ppt版)
优点：操作(cāozuò)简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。
⑶ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入
渗碳气体加热渗碳。 优点: 外表质量(zhìliàng)好, 渗碳速度快。
第十八页，共七十五页。
真空渗碳炉
第十九页，共七十五页。
④渗碳温度：为900-950℃。
渗碳层厚度〔由外表(wàibiǎo)到过度层一半处的厚度〕： 一般为0.5-2mm。
氮化的缺点：工艺复杂，本钱高，氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪
表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件
第二十七页，共七十五页。
经氮化的机车曲轴
滲氮与滲碳相比：
滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层，硬度可达69~72HRC，且在600～ 650℃高温下仍能保持较高硬度； 滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；
① 使外表具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;
② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧 性。即表硬里韧。
适用于承受弯曲、扭转、摩擦(mócā)和冲击的零件。
第三页，共七十五页。
轴的感应加热表面淬火
①外表淬火用材料
⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。
含碳量过低，那么外表硬度(yìngdù)、耐磨性下降。 含碳量过高，心部韧性下降； ⑵ 铸铁 提高其外表耐磨性。
⑶原子向内部扩散。
氮化扩散层
第十五页，共七十五页。
经渗碳的机车从动齿轮
②钢的渗碳 是指向(zhǐ xiànɡ)钢的外表渗入碳原子的过程。
⑴渗碳目的
提高工件外表硬度、耐磨性 及疲劳强度，同时保持心部 良好的韧性。
⑵渗碳用钢 为含0.1-0.25%C的低碳
钢。碳高那么(nà me)心部 韧性降低。
⑶ 真空渗碳法 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入
渗碳气体加热渗碳。 优点: 外表质量(zhìliàng)好, 渗碳速度快。
第十八页，共七十五页。
真空渗碳炉
第十九页，共七十五页。
④渗碳温度：为900-950℃。
渗碳层厚度〔由外表(wàibiǎo)到过度层一半处的厚度〕： 一般为0.5-2mm。
氮化的缺点：工艺复杂，本钱高，氮化层薄。 用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪
表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。
缝纫机用氮化件
第二十七页，共七十五页。
经氮化的机车曲轴
滲氮与滲碳相比：
滲氮层硬度和耐磨性高于滲碳层，硬度可达69~72HRC，且在600～ 650℃高温下仍能保持较高硬度； 滲氮层具有很高的抗疲劳性和耐蚀性；
① 使外表具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;
② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧 性。即表硬里韧。
适用于承受弯曲、扭转、摩擦(mócā)和冲击的零件。
第三页，共七十五页。
轴的感应加热表面淬火
①外表淬火用材料
⑴ 0.4-0.5%C的中碳钢。
含碳量过低，那么外表硬度(yìngdù)、耐磨性下降。 含碳量过高，心部韧性下降； ⑵ 铸铁 提高其外表耐磨性。
⑶原子向内部扩散。
氮化扩散层
第十五页，共七十五页。
经渗碳的机车从动齿轮
②钢的渗碳 是指向(zhǐ xiànɡ)钢的外表渗入碳原子的过程。
⑴渗碳目的
提高工件外表硬度、耐磨性 及疲劳强度，同时保持心部 良好的韧性。
⑵渗碳用钢 为含0.1-0.25%C的低碳
钢。碳高那么(nà me)心部 韧性降低。
金属表面的电化学抛光全解
二、金属的电化学抛光
与机械抛光相比较，具有 以下优点： 1 、设备简单， 工艺参数易于调控，可大大 节省机械抛光需要的基建与 设备费用，表面光亮度更高； 2 、可处理大型零部件或大 批量小型零部件，以及形状 复杂而无法进行自动化机械 抛光处理的工件； 3 、化学 电化学抛光后表面洁净，无 残留机械抛光粉尘，有良好 的抗腐蚀性； 4 、电化学抛 光后表面镜反射率更高，金 属质感更好。
一、电极的极化现象
但当有外电流流入电极/电解质溶液界面 时，电解界面的平衡状态被打破，电极电位也 随之偏离平衡电极电位。动力学研究中，将这 种当有外电流通过电极/电解质溶液界面时， 电极电位随电流密度改变所发生的偏离平衡电 极电位的现象，称为电极的极化。极化的本质： 是电子迁移速度比电极反应过程中的其他步骤 更快的结果。
二、金属的电化学抛光
电化学抛光是近年来最好的基本表面处理方法之 一。对于复杂的工件来说，是一种很好的有效的方法。 1834年，法拉第发现了金属阳极溶解基本定律，为电 化学抛光奠定了理论基础。
二、金属的电化学抛光
电化学抛光作为高级精饰 处理方法，能去除表面较轻微 的磨具痕和擦划伤条纹，去除 机械抛光中可能形成的摩擦条 纹、热变形层、氧化膜层等， 使粗糙的表面趋于光滑而获得 近似镜面光亮的表面，提高了 铝制品的装饰效果（如反射性 能、光亮度等），并可以赋予 更高的商业价值，极大地满足 消费市场对具有光亮表面的铝 制品要求。因此，对于需要表 面平整、均匀又光亮等特殊外 观要求的阳极氧化膜，需要预 先进行电化学抛光。
四、电化学抛光的阳极极化曲线
一般来讲 , 对于铝的电化 学抛光是在铝的维钝与钝 化膜破裂的区域进行效果 最为理想。右图为铝在复 配溶液中的阳极极化曲线, 复配溶液成分为氢氧化钠、 碳酸钠、磷酸三钠、草酸 铵、酒石酸钠。从图可 见选择维钝电流密度 44A/dm2 “ 进 行 抛 光 可 达 到较好的抛光效果。
第7章 电化学表面处理
电沉积与电镀过程
各种电镀技术： 1. 合金电镀和复合电镀 2. 化学镀与塑料电镀
3. 脉冲电镀、电刷镀和激光电镀
28
26
7.2 金属电沉积与电镀过程
（4）熔盐电镀 熔盐电镀是指在熔盐介质中进行的一种电镀方式。 熔盐电镀的优点：
（1）熔盐电解液分解电压高，稳定性好，电镀过程副反应少，
电流效率高。 （2）阴极还原超电势低，交换电流密度大，电沉积速度快，能
在复杂镀件上得到较为均匀的镀层。
（3）熔盐可溶解金属表面氧化物，并能使沉积金属扩散进人金 属基体，镀层与基底结合力强，同时镀层有较好的抗腐蚀性能等。
积过程，以达到改善镀液的分散能力，获得结晶细致、紧密的镀
层；改善微观电流分布，以得到平整和光亮的镀层表面；以及对镀 层物理性能的影响等。
18
7.2 金属电沉积与电镀过程
7.2.2 电镀过程 1 镀层应具有的主要性能 镀层应具有化学稳定性和平整程度与光洁度以及机械性能。机
械性能包括：镀层与基底金属的结合强度、镀层的硬度、内应力、
耐磨性以及脆性等。 2 影响镀层质量的因素
A 镀液的性能：（1）沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得
晶粒度小、致密，有良好附着力的镀层；（2）稳定且导电性好； （3）金属电沉积的速度较大，装载容量也较大；（4）成本低，毒
性小。
19
7.2 金属电沉积与电镀过程
镀液配方一般都是由主盐、导电盐（支持电解质）、络合剂和 一些添加剂等组成。主盐是指进行沉积的金属离子盐，主盐对镀层 的影响体现在：主盐浓度高，镀层较粗糙，但允许的电流密度大；
工、酸洗、除油等步骤。
电镀：镀件经镀前处理，即可进入电镀工序。在进行电镀时还 必须注意电镀液的配方，电流密度的选择以及温度、pH等的调节。
各种电镀技术： 1. 合金电镀和复合电镀 2. 化学镀与塑料电镀
3. 脉冲电镀、电刷镀和激光电镀
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7.2 金属电沉积与电镀过程
（4）熔盐电镀 熔盐电镀是指在熔盐介质中进行的一种电镀方式。 熔盐电镀的优点：
（1）熔盐电解液分解电压高，稳定性好，电镀过程副反应少，
电流效率高。 （2）阴极还原超电势低，交换电流密度大，电沉积速度快，能
在复杂镀件上得到较为均匀的镀层。
（3）熔盐可溶解金属表面氧化物，并能使沉积金属扩散进人金 属基体，镀层与基底结合力强，同时镀层有较好的抗腐蚀性能等。
积过程，以达到改善镀液的分散能力，获得结晶细致、紧密的镀
层；改善微观电流分布，以得到平整和光亮的镀层表面；以及对镀 层物理性能的影响等。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
7.2.2 电镀过程 1 镀层应具有的主要性能 镀层应具有化学稳定性和平整程度与光洁度以及机械性能。机
械性能包括：镀层与基底金属的结合强度、镀层的硬度、内应力、
耐磨性以及脆性等。 2 影响镀层质量的因素
A 镀液的性能：（1）沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得
晶粒度小、致密，有良好附着力的镀层；（2）稳定且导电性好； （3）金属电沉积的速度较大，装载容量也较大；（4）成本低，毒
性小。
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7.2 金属电沉积与电镀过程
镀液配方一般都是由主盐、导电盐（支持电解质）、络合剂和 一些添加剂等组成。主盐是指进行沉积的金属离子盐，主盐对镀层 的影响体现在：主盐浓度高，镀层较粗糙，但允许的电流密度大；
工、酸洗、除油等步骤。
电镀：镀件经镀前处理，即可进入电镀工序。在进行电镀时还 必须注意电镀液的配方，电流密度的选择以及温度、pH等的调节。
不锈钢表面处理(电解化学机械)知识
不锈钢外表处理不锈钢具有独特的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能与不易生锈等优良的特性。
故广泛应用于化工行业，食品机械，机电行业，环保行业，家用电器行业与家庭装潢，精饰行业，给予人们以华丽高贵的感觉。
不锈钢的应用开展前景会越来越广，但不锈钢的应用开展很大程度上决定它的外表处理技术开展程度。
1 不锈钢常用外表处理方法1.1 不锈钢品种简介1.1.1 不锈钢主要成分：一般含有铬〔Cr〕、镍〔Ni〕、钼〔Mo〕、钛〔Ti〕等优质金属元素。
1.1.2 常见不锈钢：有铬不锈钢，含Cr≥12%以上；镍铬不锈钢，含Cr≥18%，含Ni≥12%。
1.1.3 从不锈钢金相组织结构分类：有奥氏体不锈钢，例如：1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni11Nb，Cr18Mn8Ni5。
马氏体不锈钢，例如：Cr17，Cr28等。
一般称为非磁性不锈钢和带有磁性不锈钢。
1.2 常见不锈钢外表处理方法常用不锈钢外表处理技术有以下几种处理方法：①外表本色白化处理；②外表镜面光亮处理；③外表着色处理。
1.2.1 外表本色白化处理：不锈钢在加工过程中，经过卷板、扎边、焊接或者经过人工外表火烤加温处理，产生黑色氧化皮。
这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4和NiF二种EO4成分，以前一般采用氢氟酸和硝酸进展强腐蚀方法去除。
但这种方法本钱大，污染环境，对人体有害，腐蚀性较大，逐渐被淘汰。
目前对氧化皮处理方法主要有二种：⑴喷砂〔丸〕法：主要是采用喷微玻璃珠的方法，除去外表的黑色氧化皮。
⑵化学法：使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进展浸洗。
从而达到不锈钢本色的白化处理目的。
处理好后根本上看上去是一无光的色泽。
这种方法对大型、复杂产品较适用。
1.2.2 不锈钢外表镜面光亮处理方法：根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。
这三种方法优缺点如下：1.2.3 外表着色处理：不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色，增加产品的花色品种，而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。
金属表面的电化学抛光
随着工业的要求和技术的不断发展，电化 学抛光以其特有的优点逐渐广泛应用于金属精 加工、金相样品制备及那些需要控制表面质量 与光洁度的领域，同时在化工、轻工、机械制 造、强激光系统、食品加工设备、装饰行业、 生物医学等领域也获得应用。尤其在航空航天 领域，它是保证产品质量的一个重要环节。涉 及电解抛光的材料有铁锰合金、纯金属、碳钢、 合金钢、有色金属及其合金、贵金属等几乎所 有的金属材料。目前电化学抛光不锈钢、铜、 铝及其合金在工业生产中已成功应用。
四、电化学抛光的阳极极化曲线
如右图，通过铝的极化曲线图来说明 铝的电化学抛光：AB段电流密度随阳极电 位升高而增大，是正常的阳极溶解过程， 即Al→Al3++3e,这时铝阳极表面呈通常的 浸湿外观。到 B 点后，电位继续升高时， 电流密度反而下降， B 点表示金属阳极的 溶解速度与溶解产物向向电解液内部的 扩散速度相等。B点之后由于金属溶解速度大于腐蚀产物扩散速 度，使得阳极溶解产物开始在表面积累而出现粘膜层，此时阳极 电阻增大，实际电流密度下降。一直到C点，阳极表面附近液层 中溶解的金属盐达到饱和状态，粘膜层增长到一个确定不变得厚 度，这时阳极的反应速度完全受扩散速度步骤控制，所以电流密 度与电位无关延续到D点，电位到D点后电极上有新的反应发生， 如OH—析氧等，此后电流密度又随电位升高而迅速增加。
四、电化学抛光的阳极极化曲线
一般来讲 , 对于铝的电化 学抛光是在铝的维钝与钝 化膜破裂的区域进行效果 最为理想。右图为铝在复 配溶液中的阳极极化曲线, 复配溶液成分为氢氧化钠、 碳酸钠、磷酸三钠、草酸 铵、酒石酸钠。从图可 见选择维钝电流密度 44A/dm2 “ 进 行 抛 光 可 达 到较好的抛光效果。
二、金属的电化学抛光
电化学抛光又称为电解抛光，是一种在特殊条件 下的电化学腐蚀，它是通过控制金属表面选择性的溶 解，使金属表面微观突出部位较其凹洼部位优先溶解， 而达到表面平整和光亮的目的。以铝电解抛光为例： 铝材做为阳极浸入到配置好的电解质溶液中，以耐腐 蚀且导电性良好的材料做为阴极，根据电化学尖端放 电原理，通电后的铝材表面微小突出部位优先溶解， 与此同时溶解产物与表面的电解液形成高电阻的粘稠 性液膜层，微小突出部位的液膜层较薄，其电阻较小， 从而继续保持优先溶解。同时表面凹洼部位的液膜层 厚，电阻大，凹洼部位的溶解速度相对缓慢，经过短 时间电解处理后，突出部位被溶解整平至凹洼部位的 位置，铝材表面粗糙度降低达到平滑光亮。
金属腐蚀电化学理论基础钝化详解PPT课件
➢ 环境：能使金属钝化的介质称为钝化剂。多数钝化剂都 是氧化性物质，如氧化性酸，氧化性酸的盐和氧等。 ➢ 温度：降低温度有利于钝化的发生。 ➢ 金属表面在空气中形成的氧化物膜对钝化有利。 ➢ 有许多因素能够破坏金属的钝态，使金属活化。例如活 性离子（特别是氯离子）和还原性气体、非氧化性酸（如盐 酸）、碱溶液、阴极极化、机械磨损。
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➢ 单电极的极化方程和金属腐蚀速率方程：
A
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2.303 RT
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氧扩散
阴极浓差极化（吸氧腐蚀）动力学
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M →Mn+ + ne-
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➢ 单电极的极化方程
2H++2e- → H2 M → Mn+ + 2e-
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氧扩散
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完整的阴极极化曲线
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二、金属钝化的电极过程
若金属原先处于B点的活化态， 则在该介质中不会钝化；
若金属原先处于D点的钝化态， 则在该介质中不会活化；
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➢ 单电极的极化方程和金属腐蚀速率方程：
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➢ 单电极的极化方程
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二、金属钝化的电极过程
若金属原先处于B点的活化态， 则在该介质中不会钝化；
若金属原先处于D点的钝化态， 则在该介质中不会活化；
电化学原理在金属表面处理中的应用
电化学原理在金属表面处理中的应用车辆工程02班20132540 张博轩一、金属表面处理的应用金属的表面处理有两个方面，一方面是表面防护，是为防止将金属腐蚀而采用各种防护方法，常用的表面防护方法有表面涂层和表面转化膜工艺。
另一方面是金属的表面改性，也称表面优化，改变材料表面以及近表面的组分、结构与性质，从而获得传统冶金和表面层处理技术无法得到的心薄层材料，或者使传统材料具有更好的性能。
二、电镀的原理电镀时，镀层金属或其他不溶性材料做阳极，待镀的工件做阴极，镀层金属的阳离子在待镀工件表面被还原形成镀层。
为排除其它阳离子的干扰，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。
电镀的目的是在基材上镀上金属镀层，改变基材表面性质或尺寸。
电镀能增强金属的抗腐蚀性(镀层金属多采用耐腐蚀的金属)、增加硬度、防止磨耗、提高导电性、光滑性、耐热性和表面美观。
电镀需要一个向电镀槽供电的低压大电流电源以及由电镀液、待镀零件(阴极)和阳极构成的电解装置。
其中电镀液成分视镀层不同而不同，但均含有提供金属离子的主盐，能络合主盐中金属离子形成络合物的络合剂，用于稳定溶液酸碱度的缓冲剂，阳极活化剂和特殊添加物(如光亮剂、晶粒细化剂、整平剂、润湿剂、应力消除剂和抑雾剂等)。
电镀过程是镀液中的金属离子在外电场的作用下，经电极反应还原成金属原子，并在阴极上进行金属沉积的过程。
因此，这是一个包括液相传质、电化学反应和电结晶等步骤的金属电沉积过程。
在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极联接。
电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、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，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。
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。
在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，它只起传递电子、导通电流的作用。
第7章 电化学表面处理
27
7.2 金属电沉积与电镀过程
各种电镀技术： 1. 合金电镀和复合电镀 2. 化学镀与塑料电镀
3. 脉冲电镀、电刷镀和激光电镀
28
耐磨性以及脆性等。 2 影响镀层质量的因素
A 镀液的性能：（1）沉积金属离子阴极还原极化较大，以获得
晶粒度小、致密，有良好附着力的镀层；（2）稳定且导电性好； （3）金属电沉积的速度较大，装载容量也较大；（4）成本低，毒
性小。
19
7.2 金属电沉积与电镀过程
镀液配方一般都是由主盐、导电盐（支持电解质）、络合剂和 一些添加剂等组成。主盐是指进行沉积的金属离子盐，主盐对镀层 的影响体现在：主盐浓度高，镀层较粗糙，但允许的电流密度大；
（2）电子迁移反应；
（3）部分或完全失去溶剂化外壳，导致形成吸附原子；
14
7.2 金属电沉积与电镀过程
（4）光滑表面或异相基体上吸附原子经表面扩散，到缺陷或位 错等有利位置； （5）电还原得到的其他金属原子在这些位置聚集，形成新相的
核，即核化；
（6）还原的金属原子结合到晶格中生长，即核化生长； （7）沉积物的结晶及形态特征的发展。
17
7.2 金属电沉积与电镀过程
表面活性物质对电沉积反应速率影响的原因：由于吸附改变了 界面的电势分布，影响了反应速率；活性物质在电极表面的吸附引 起了表面沉积反应活化能的变化，甚至可能改变金属电沉积反应的
机理。
表面活性物质对电沉积过程的镀层起整平作用和光亮作用。 电镀生产中利用具有表面活性的添加剂来控制和调节金属电沉
较大，而对另一种离子的还原则无影响，亦可实现金属的共沉积。
13
7.2 金属电沉积与电镀过程
4 金属电结晶 金属离子在电极上放电还原为吸附原子后，需经历由单吸附原 子结合为晶体的另一过程方可形成金属电沉积层，这种在电场作用
电化学抛光技术简介ppt课件
3.抛光时间 在适宜的时间范围内, 抛光质量与抛光时间成正比, 与温度和电流密度成反比。当抛光温度或阳极电流密度 较高时, 则抛光时间应短, 反之则长。 例如AISI- 304 不锈钢抛光时间以10min 为宜, 金 属钛最适宜的电解抛光时间是15min。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
进一步阐明电化学抛光的机理, 开发新的电化学抛光技术和 研究新的抛光液, 实现电化学抛光过程的自动化和智能化, 提 高电化学抛光的质量和抛光效率, 是电化学抛光的主要研究 方向。
为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
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影响电化学抛光效果的因素
2.电流密度 电流密度太小, 抛光时间长, 工作效率低; 电流密度太
大, 因阳极溶解过快易出现浸蚀。另外, 电解时间和电解温 度也对抛光效果有一定的影响。
电化学抛光技术的发展与展望
目前, 在工件特种抛光方面对脉冲电化学的研究正方兴未艾, 随着对模具镜面效果的大量需求和微细电化学理论的完善, 脉冲电化学抛光技术在材料表面微、纳米级加工领域的抛光 能力会大大提高,并且将发挥越来越重要的作用。
电化学抛光因其速度快、劳动强度小、不受抛光工件形状 限制及抛光质量好等优点得到人们的关注。
电化学抛光液中加入少量添加剂, 可显著改善溶液的抛光效 果。刘爱华等研究发现: 含羟基( -OH) 、羧基( - COOH) 类 添加剂主要起缓蚀作用; 含胺基( - NH2) 、环烷烃类添加剂 主要起整平作用; 糖类及其它杂环类添加剂主要起光亮作用。 但它们的作用并非截然分开, 相互匹配可起到多功能作用。
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影响电化学抛光效果的因素
2.电流密度 电流密度太小, 抛光时间长, 工作效率低; 电流密度太
大, 因阳极溶解过快易出现浸蚀。另外, 电解时间和电解温 度也对抛光效果有一定的影响。
电化学抛光技术的发展与展望
目前, 在工件特种抛光方面对脉冲电化学的研究正方兴未艾, 随着对模具镜面效果的大量需求和微细电化学理论的完善, 脉冲电化学抛光技术在材料表面微、纳米级加工领域的抛光 能力会大大提高,并且将发挥越来越重要的作用。
电化学抛光因其速度快、劳动强度小、不受抛光工件形状 限制及抛光质量好等优点得到人们的关注。
电化学抛光液中加入少量添加剂, 可显著改善溶液的抛光效 果。刘爱华等研究发现: 含羟基( -OH) 、羧基( - COOH) 类 添加剂主要起缓蚀作用; 含胺基( - NH2) 、环烷烃类添加剂 主要起整平作用; 糖类及其它杂环类添加剂主要起光亮作用。 但它们的作用并非截然分开, 相互匹配可起到多功能作用。
金属表面处理——电化学法 共38页40页PPT
金属表面处理——电化学法 共38页
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 Байду номын сангаас向披 靡。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 Байду номын сангаас向披 靡。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
第2章电化学表面处理与加工
第二章电化学表面处理与加工2.1 概述一、概述金属表面处理技术涉及物理、化学、金属工程学、机械工程学等各个学科。
早期表面处理是指使金属制品表面美观耐腐蚀而进行的抛光、电镀、着色、涂漆等。
现在金属表面处理不仅使制品美观耐用，还能改善金属表面的各种机械性能，赋予表面某些特殊功能，而且利用表面处理技术对金属进行加工。
为达到这些目的，采用冶金、物理、化学及电化学多种方法。
过去难以电镀的铝、钛、粉末制品现在也能电镀，被处理的材料也从金属扩展到非金属，例如塑料、玻璃和陶瓷。
对于金属和无机覆盖层，传统的工艺包括电镀、阳极氧化、化学转化膜。
热喷涂、溅射、离子注人、物理或化学气相沉积、激光增强电沉积、自动催化沉积等技术也日益显出它们的重要性。
对于有机覆盖层，传统的方法如刷镀、手工喷涂、已显得陈旧，面临着自动涂装、电泳沉积、粉末涂层等技术的挑战。
电镀是金属表面处理的重要组成部分。
它是以被镀基体为阴极，通过电解作用，在基体上获得结合牢固的金属或合金膜的一种表面处理方法，具有如下的主要作用。
(1)提高外观质量：使产品美观，并能长期保持这种美观是电镀的重要目的之一。
为使基体表面平整光亮和提高耐蚀性，常镀上铜镀层或镍镀层作底层；大多数采用镀铬或镀金、银、锗等贵金属进行最后装饰性电镀。
(2)提高耐蚀性：电镀最基本的要求是耐蚀性。
在电镀件中用得最广泛的是钢铁，在钢铁表面镀覆其他金属，如镀锌或镀镐，保持美观并延长零件的寿命，从而显著地增加了整个产品的使用期。
根据上述两点，通常把镀层分为防护性镀层和防护-装饰性镀层。
(3)功能作用：电镀在机械、电、磁、光、热、化学等方面有着不少特殊的功能，因而出现了各种功能镀层，例如硬铬镀层（耐磨镀层）、锡铅镀层（减磨镀层）、高锡青铜镀层（反光镀层）、镍钻镀层（导磁镀层）、防渗碳铜镀层（热加工镀层）、转子发动机内腔的铬镀层（抗高温氧化层）、修复机床主轴的镀铁层（修复镀层）。
目前工业上用的电镀液大多数是水溶液，特殊情况下也使用熔盐或有机溶剂镀液。
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0.1
Semi-derivative of CV/mA.V-1
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Potentail/V vs SCE
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A2
1.5 1.0
0.5
blank on a bulk Au electrode luminol on a bulk Au electrode blank on a self-assembled electrode luminol on a self-assembled electrode
0.0 -0.5 -1.0 -1.5
电化学方法
通过研究电极表面修饰剂 发生相关的电化学反应的 电流、电量、电位和电解 时间等参数的关系来定性、 定量的表征修饰剂的电极 过程和性能。
• 循环伏安法 • 计时电流法 • 计时电位法 • 计时库仑法 • 脉冲伏安法 • 交流阻抗法
中性鲁米诺体系在纳米金自组装金电极与 在裸金电极上CV行为的比较
纳米金自组装电极的制备方法
裸金电极 预处理 cysteine 冲洗 浸泡 纳米金 4 ºC下保存
（2）共价键合型修饰电极
基底电极：碳电极，金属电极、金属氧化物电极； 键合方法：
基底电极表面处理→引入化学活性基团→修饰物
四.化学修饰电极的表征
• 电化学法 • 光谱电化学法 • 波谱法 • 能谱法 • 显微学法 • 石英晶体微天平法
第二章 电化学法
2.1 化学修饰电极 2.2 光谱电化学 2.3 生物电化学
2.1 化学修饰电极
Chemically Modified Electrodes
内容简介
• 引言 • 电极的预处理 • 制备修饰层的方法 • 化学修饰电极的表征 • 化学修饰电极在分析化学中的应用
一.引言 化学修饰电极 (CME)
Potential/V vs SCE
交流阻抗法
用小幅度交流信号扰动电解池，观察 体系在稳态时对扰动跟随的情况。
ECL-1: 0.69 V ECL-1: 1.03 V ECL-1: _ 0.45 V ECL-1: _ 1.22 V
Cvp1: 0.67 V Cvp2: 1.15 V Cvp3: 0.66 V Cvp4: 0.47 V Cvp5: _ 0.45 V Cvp6: _ 0.95 V
Current/mA
面能的分布不均匀。晶面上存在的缺陷，如台阶、纽 结、位错和吸附原子等，使溶液中的许多物质很容易 吸附到这些具有高能的位点上而造成污染。
同时金属和碳的表面都能被化学的或电化学的方 法氧化，氧化作用的同时也增加了表面粗糙度，容易 形成惰化层。
• 清洁电极表面的方法：
1.机械研磨，抛光至镜面。 当电极表面存在惰化层和很强的吸附层时必
须用机械或加热的办法处理。
抛光电极的材料：金刚砂，CeO2，ZrO2，MgO， α－Al2O3粉等。
抛光时按粒径降低的顺序进行研磨。抛光后 移入超声水浴中清洗，直至干净。
2. 化学法和电化学法处理
化学的和电化学的处理，是最常用来清洁，活 化电极表面的手段。
电化学法常用强的矿物酸或中性电解质溶液， 有时也用配位作用弱的缓冲溶液在恒电位，恒 电流或循环电位扫描下极化，可获得氧化的、 还原的或干净的电极表面。
LB膜：不溶于水的表面活性物质在水面上形成排列有序 的单分子膜，(Langmuir-Blodgett，LB膜)。
SA膜：基于分子的自组作用，在固体表面形 成高度有序的单分子膜，自组装膜（self assembing， SA膜）。
优点
SA膜法能获得可控制的和均一的粗糙度 的表面，表面具有很好的耐久力和稳定性， 比LB膜法更加简单易行。
（2）共价键合型修饰电极 通过化学反应键接特定官能团分子或聚合
物。
吸附修饰电极
单层吸附膜
复合膜
化学吸附法：是利用固体/溶液界面间的自然吸附 现象来制备单分子层修饰电极的简便方法，具有 简单，直接的优点。
金属的欠电位沉积（UPD）：是指金属在比其热力学电位 更正处发生沉积的现象，这种现象常发生在金属离子 在异体底物上的沉积，又称吸附原子。该法是制备精 细结构单层修饰电极的一种方法，通常是将一些重金 属元素欠电位沉积在某些贵金属或过渡金属基底上， 形成一定空间结构的单原子层。
ECL Intensity/A.U.
0
+
1
3
ECL Intensity/A.U.
2
C
4
0.00
3
0.01
4
2
5
1
B
6
a 0.000
8
-0.005
-0.010
Current/mA
0.02
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 Potential/V vs SCE
luminol on a bulk Au electrode luminol on a self-assembled 法
对于碳电极，采用观测Fe(CN)63-在中性电解 质水溶液中的伏安曲线的方法。在1×10－3 mol/L的K3Fe(CN)6磷酸盐缓冲溶液中扫描，直 到出现可逆的阴极和阳极峰。
对于铂电极，在稀硫酸中进行循环电位扫描， 观察氢和氧的电化学行为，即出现了氢和氧的 各自的吸附和氧化峰就表示表面已清洁。
Chemically Modified Electrodes
利用化学或物理的方法，将特定功能的分子、 离子、聚合物等固定在电极表面，实现功能设计。
基底材料：碳(石墨)、玻璃、金属等
二. 电极的预处理
• 由于在固体电极上电化学行为的重现性差，在修饰前 必须对电极表面进行清洁处理。
• 固体电极重现性差的主要原因：固体表面状态差异 金属和碳材料的表面具有一定的表面能，这种表
金电极表面清洁的鉴定
Current/mA
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
1.2
0.8
0.4
Potential/V vs SCE
对于金电极，在
稀硫酸中进行循 环电位扫描，观 察其氧化与还原 峰电位。直到其 氧化和还原峰完 全重合，即表示 电极表面已清洁。
0.0
三.制备修饰层的方法
常规方法
（1）吸附型修饰电极 将特定官能团分子吸附到电极表面；